中國和力|王恩哥:科學研究需要融合堅守與創新

1995年,王恩哥毅然放棄國外的優渥環境,回到祖國從零開始,之後的20餘年裡,他先後擔任中科院物理研究所所長、中國科學院研究生院常務副院長、北大研究生院院長、物理學院院長、北大校長、中國科學院副院長。他踏實搞科研、大膽搞創新,在凝聚態物理研究、科研引領、人才培養等多個方面,都取得了非凡的成就。

時至今日,王恩哥已經成爲中國物理學界的領軍人物,是中國最具國際知名度和影響力的物理學家之一。在《毛鋪和文化錄·中國和力》節目的錄製現場,王恩哥院士與知名主持人楊瀾暢談了他這20多年來的研究與探索,回憶往昔、展望未來,節目爲我們展示了當代中國科學家以大智慧、大情懷、大謀略,佈局事業、謀劃未來的故事。

《中國和力》|中國科學院院士王恩哥:希望年輕人懂得,追求財富不是唯一目的(來源:本站科技頻道)

作爲一名科學家,王恩哥院士帶領科研團隊,投身“水”這一基礎科學研究。節目現場,王院士爲我們展示了搬動單個水分子組成的圖案;同時還用淺顯的語言爲觀衆科普了“水合離子運輸的幻數效應”這一高深的物理學知識,而這一理論的持續深入研究,將成爲未來海水淡化,甚至轉變爲可飲用水的理論基石。

王恩哥院士在擔任中科院物理所所長期間,破除機制束縛,率先採用國際管理模式,其所提議創辦的國際量子結構中心,聚集了多位國內外優秀的青年人,很快就取得了重大科研進展,震驚國內外物理學界,而當年的青年人才到今天,都已成爲了中國科學界的中流砥柱!

這種堅守科研、着力創新的精神,與堅持“和而不同,匠心毛鋪”的理念爲品牌導向的毛鋪酒一樣,勇於擁抱現代創新之道,同時秉持產品品質之道。一口喝三香,更有草本漿,毛鋪正是以黃金配比融合了“濃、清、醬”三種地標原酒,又創新性的融合了草本精華,使毛鋪酒從釀造過程到產品體驗都使人感受到和而不同,這也正是毛鋪努力傳播的健康飲酒的新理念和目標。

以下是《毛鋪和文化錄·中國和力》 | 王恩哥(上)內容摘選:

一、微觀世界的物理研究,未來終將改變世界

楊瀾:我看到您的研究方向是凝聚態物理,您還帶領團隊發現了水合離子運輸的幻數效應,首先請您給我們介紹一下您的專業研究的領域。

王恩哥:謝謝楊瀾,很多人大概都問過我爲什麼要研究水,甚至有的人還問過我,水還有什麼可研究的,我覺得這些問題都很自然。我大概做這個方面研究已經二十年了,確實是很長久的一個題目。雖然水是自然界中最普通最常見的一種物質,但是實際上我們對它的瞭解並不多,水的很多性質都非常的神秘。

我舉一個例子,現在已經到了冬天,都喜歡滑冰,但是大家知不知道冰爲什麼滑?

楊瀾:冰爲什麼滑?我們從來沒有考慮過這個問題。

王恩哥:150多年前,當時最早研究這件事情的是法拉第,發明發電機和電動機的法拉第,當時說冰的表面實際上有一層預融層,就是一層水,但是這件事情150多年過去沒有人知道爲什麼,這個問題應該是我們第一次解決的,就是告訴大家爲什麼冰表面會有一層預融的水。

這涉及到冰的表面有很多斷鍵,一個體材料切了一刀以後,有些原子懸掛在表面上,連不着外面的原子,水分子就會懸掛在上面,生出來的就是氫鍵,這個氫鍵在表面上都是帶電的點電荷,這些點電荷不是有規矩地排放,會發生一些局域電場,這種局域電場會改變表面水分子之間的作用關係,在有的地方減弱結合力,所以冰的表面很容易出現缺陷。而且一旦缺陷,就像多米諾效應一樣一片都倒了,骨牌全倒了,冰的表面變成水,不是一種有序的結構,冰的晶格的結構就失去了。

楊瀾:這張照片有什麼樣的故事?

王恩哥:這個非常有意思,是在我們實驗室裡“拿着”單個氯原子的掃描探針,在氯化鈉(食鹽)的表面上控制60個水分子,擺成了我的英文名字“EGW60”,看起來非常神奇。

楊瀾:每一個點就是一個水分子,它還能夠服從你的安排,一個個這樣排列好嗎?

王恩哥:這裡有幾個難點:第一個難點就是要找一塊平整的氯化鈉表面,表面平整到幾乎沒有起伏,我們叫原子水平的平整,並要足夠大,能夠裝下這60個水分子;第二個溫度要極其低,否則水分子運動會很快;第三個把一個水分子丟到氯化鈉表面上,用針找到它,像大海里撈針一樣在表面掃來掃去,找到後把水分子撥弄過來,放在想放的地方,這整個花了一個月時間。

楊瀾:旁邊寫的是兩納米嗎?

王恩哥:兩納米,非常非常小。這個工作在上個世紀80年代的時候,美國IBM的科學家用類似的方法擺了三個字“IBM”,得了諾貝爾獎。現在我們擺的水分子,難度一點不比他們簡單,雖然這是一項重複的工作,但顯示了我們的科研水平。

楊瀾:水合離子運輸的幻數效應,這又是什麼意思,跟海水淡化有關?

王恩哥:實際上在水裡面有很多離子,不管多純的水都可能存在離子,特別是在鹽的表面,很容易出現鈉離子和氯離子脫附出來跟水混在一起。這種脫附出來的鈉離子,我們把它比喻成一個小車,可以在它上面裝上水分子,看這輛車拉幾個水分子跑得最快。實驗證明拉三個最快,拉三個水分子會滿平面跑。

這是一個奇怪的數,我們把它叫做幻數,在微觀的世界裡,一輛小車不像我們想象的那樣,拉的越少跑得越快,這就是一個幻數,而且這個幻數很多離子都有。

回到您說的海水淡化的問題,都有一些關聯的關係,深層次的意思是在離子淡化過程中,要聯繫到全量子化的物理過程,稍微遠了一點,但這是基本的第一步,很有幫助。

二、給予科學家自由的環境和充分的信任,中國科研才能產生鉅變

楊瀾:1995年當時您已經在美國休斯敦大學做材料物理的研究,也很得到器重,項目也做得很不錯,當時決定要回來想做什麼樣的研究呢?

王恩哥:當時回國前我做了一些準備,要成立一個獨立的組,研究不能做一兩天就改,要相對較長的方向,所以我個人覺得低維輕元素納米材料有很多物理可做,所以我就以這個爲方向一直做到今天。

要做這件事情,實驗室要用到各種各樣的氣瓶,一樓最好,所裡頭很照顧我,在一樓找到了一個空房子,我從刷油漆、清潔開始,自己設計這30多平米,那個時候我非常感謝我組裡的徐貴昌老師,在我起步的時候給了我很多幫助。

楊瀾:您後來擔任了中科院物理所的所長,在90年代後期擔任所長,要打破很多舊有的科研機制、用人機制才能夠有所作爲,那時您是怎樣來協調、團結更多的合力,找到突破口把這些事做成的呢?

王恩哥:1999年5月,科學院決定啓用一些年輕人,就讓我做了中國科學院物理研究所的所長。那個時候最複雜的一點就是青黃不接,老一代科學家退休的高峰到了,青年一代的優秀科學家多數留在了海外,並沒有回來。

我就想也許我們可以創造一個小環境,在幾百個人的物理所裡,創造一個十幾個人、幾十個人的小環境,在這裡做一點試探。我們嘗試凝聚方向,經費資助力度大一點,把課題定的更加長遠一點,這就是我們後來成立的“中國科學院國際量子結構中心”。

我們在制度上採用一些國際機制,比如選中心主任,要大家來投票,而且只做一年,選主任的時候同時選一個副主任,這個副主任明年就接替做主任,然後再選一個副主任,就這樣永遠下去,而且主任和副主任之間一定是一個國內的,一個國外的。這種機制今天看起來,也許很普通,但當初論資排輩非常嚴重,這就是一種突破。

楊瀾:我看您帶了一個房間的門牌,711,這是什麼意思?

王恩哥:當時我們成立了量子結構中心,有一段有趣的故事。在2000年10月,我們開了一個學術研討會,研討會中間休息的時候,我們就把這個量子中心的牌子,在一個房間裡掛上了。在物理所成立量子中心的時候,大家並不完全理解,特別是有些老同志,就沒見過這樣的事,我自己心裡也沒有底,我就想幹脆把牌掛在房間裡,以後做不好再拿下來。

這張照片是量子中心第一次學術會參加的部分成員,中間坐着的兩個顧問,白春禮、Ward Plummer,後排左一是現在的全國僑聯的主席萬立俊,曾經的中國科技大學的校長;後排左二是高鴻鈞,中國科學院的副院長,曾經的中國科學院大學的副校長;後排左四是薛其坤,原來清華大學副校長,現在是南方科技大學的校長;後排左六是我;後排右三是張振宇,在中國科技大學;後排右二侯建國,中國科學院的院長,原來是中國科技大學的校長;後排右一王琛,原來國家納米中心的主任。

楊瀾:人才濟濟,我覺得是一種相互成就。

王恩哥:當時,物理所每年在物理學方面最好的雜誌《美國物理評論快報》上,大概每年發表兩到三篇文章,有的時候一年都沒有。結果量子結構中心剛成立,前三年我們在《自然》、《科學》上發表了三篇文章,在《美國物理評論快報》上發表了24篇文章,一下子每年就上到了兩位數,國內外都震驚了,這羣人怎麼能湊在一起的!

楊瀾:一個小辦公室裡產生了這樣的能量!

王恩哥:當時的量子結構中心,做了幾年有了工作成績以後,我們就有底氣了,新樓一落成,拿出來半層做這個中心,是新樓的七層,我就選擇了711的這個門牌號。

我想說一句話:那個時代前後十年,在中國科技界,是物理所的時代!

楊瀾:您在中科院物理所做所長,之後到了北大做校長,後來又回到中科院做了副院長,有很多管理或者是行政的職務夾在您身上的時候,您是怎麼去平衡作爲科學家和管理者的不同的身份,怎麼做到和而不同?

王恩哥:無論做科研也好、做教學也好,加上做管理,事情會變得非常複雜。一個科學家特別是一個優秀的科學家,他做管理跟純粹的管理者,一定是不一樣的。看問題的角度不一樣,做出的選擇,解決問題的辦法也不一樣,出發點和落腳點很可能都不一樣。

楊瀾:當多元的思想和學術研究能夠以一種非常自由、開放和平等的方式融合在一起的時候,真的是產生巨大的能量。

王恩哥:巨大的變化,遠遠超出預期。

楊瀾:有人說我們在理論研究層面還是滯後,特別是有些領域,可能比世界的先進的研究成果還要落後一二十年,甚至更多,作爲一個物理學家,您怎麼看待?

王恩哥:中國和西方一些發達的國家,科技發展水平還存在一定的距離。爲什麼?是不是科研題目選的不好,還是人不努力,我說絕對不是!中國科學家的聰明和勤奮,沒有任何問題,但是科學總歸是一步一步循序漸進的。中國現代科學的發展相對比較晚,過去中國的底子太薄了。我個人覺得我們需要的是時間。

另外一點,基礎研究需要一種寬鬆的自由的環境和對人的信任,不要覺得這個人天天進了房間出來也沒拎點什麼東西,不要擔心,工作總會一步一步出來的。

三、打通科研成果產業化的最後一公里,讓中國材料走向成功

楊瀾:說說您現在做的事,2017年您退休了,在松山湖材料實驗室工作,您多次提到“誰掌握了材料,誰就掌握了未來”,材料科學爲什麼意味着未來呢?

王恩哥:材料是最基礎的,我跟別人開過一次玩笑,我說你到醫院換一顆假牙,最後醫生都會問你“用進口的還是國產的”,說的就是材料。

以前我的研究都是在材料被應用之前,一到有用了就給人家了。所以我說我們做物理的人,研究的都是“沒用”的材料。等到了松山湖材料實驗室,我一定要做一兩樣材料,一直做到有用上去。

楊瀾:這意味着您要走完從基礎理論研究,到工程技術層面,到產業層面,到最後把它做出來,完成整個鏈條。

王恩哥:正像您講的,我們就設計了這樣的鏈條,從基礎研究,應用基礎研究,技術開發研究,一直到產業轉化。這個時候有一個老問題,就是所謂的科研成果產業化的最後一公里,我到了松山湖材料實驗室才發現,你要想做好產業化,後邊的事情太多了。

市場、資本、政策、政府,每一件事情都太重要了。我們做的事情就是探索在科研成果產業化過程中,在死谷上搭建一條鐵索橋!別人問我“建一條大路就行了,搭鐵索橋幹嗎”,實際上沒有路,一定是死亡谷,科研成果很多都在進入市場之前,就死掉了,有的進了市場在激烈的競爭中又死掉了,所以這個死亡谷是必然存在的,不會有平坦大路。

楊瀾:在松山湖材料實驗室,最王牌的產品是什麼材料?

王恩哥:比如多孔碳化硅介質材料,一種陶瓷材料,這種材料會製成一種新的低氮燃燒器。

現在常用的燃燒器是把煤點上火,或者是燒氣燒油,這種燃燒方法帶來了空氣環境污染,氮氧排放非常高,PM2.5是最頭疼的問題。我們把天然氣通到多孔碳化硅材料裡,點燃後火苗很小,表面上看像是一塊紅紅的鐵,看不見火苗,這時燃燒的溫度比大火燃燒溫度低,氮就不分解,氮氧不能合成,出不來污染物,就環保了。

圖爲王恩哥院士到韶冶實驗室技術改造現場調研。潘志立 攝

不久前我到韶關一個冶煉廠去,這裡把我們這個材料做成了低氮燃燒器,兩個爐子對比,一邊使用我們的技術,一塊板紅彤彤的板,溫度非常高;另一邊是一個大煤爐子,把爐門打開全是火焰,烏煙瘴氣的。燃燒達到的效果完全一樣,對比極其強烈。

楊瀾:今天講的和而不同,從科學家的思維方式,融合到管理者的思維方式,現在還要有企業家的經營的思維方式,您好好發展這個,將來就發了。

王恩哥:到時候一定告訴楊瀾。

楊瀾:我希望有科研能力的、有真才實學的、能夠做出具有戰略性革命性意義產品的人,都能夠發了,這就說明我們的市場運作得很好了。

《毛鋪和文化錄·中國和力》是本站新聞與毛鋪共同打造的高端泛文化類訪談節目,由知名主持人楊瀾主持,對話文化、財經、科技、健康、教育等領域12位行業翹楚,一起探尋中國和文化思想。

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和而不同,匠心毛鋪。