▲杨学明
作为中国科学院院士、南方科技大学副校长、中国科学院大连化学物理研究所研究员,杨学明自行设计研制和发展了一系列具有国际领先水平的科学仪器,他带领团队成功研制的中国首个自由电子激光用户装置,也为世界提供了一个国际独特且领先的实验科学研究平台。
他坚持“不做跟别人一模一样的东西”,“就算是同类仪器,也一定要在某一方面做到超越”。
正是这种“不一样”,令他获得未来科学大奖—物质科学奖。在他看来,这一奖项把中国科学家得到国际认可的工作在社会上传播开来,展示出这样的思想:“我们中国人要有胆识来推动世界科学的发展,真正为人类文明的发展作出重要贡献。”
▲杨学明获奖理由
“我感到非常幸运”《科学中国人》:您因研发新一代高分辨率和高灵敏度量子态分辨的交叉分子束科学仪器,揭示了化学反应中的量子共振现象和几何相位效应,获得未来科学大奖物质科学奖。这项工作的重要性体现在哪些方面?
杨学明:我是做基础科学研究的,探索未知科学领域,对我特别重要。从很早期我就有一个坚持:我们做实验科学最重要的一件事,就是如何探索未知的科学现象,或者还没有真正被认识的一些科学领域。
比如在化学反应的过程中,为什么能产生这种化学反应产物,而不是那种化学反应产物?为什么这个反应在这种条件下能反应,在别的条件下不反应?非常关键的一点就是要找到化学反应过程中间状态的特色,也就是所谓的“过渡态”。
过渡态的特性,是化学反应过程研究中的核心科学问题,我认为也是最重要的科学问题。但长期以来,我们对它的研究不够深入,也没有很好的方法。因为过渡态的“寿命”特别短,是飞秒(10-15秒)量级,所以需要非常特别的方法来研究。
我们利用散射的方法,就是用两个分子束碰撞的方法,通过整个空间的反应的散射图像来看化学反应的根本特征。因为每一个化学反应,就像每一个人一样,都有自己非常独到的地方。几乎没有化学反应是完全一模一样的,所以找寻其中的规律,也就是化学反应过渡态有哪些基本特性,特别重要。
我们知道,化学反应是遵循量子力学的基本原理。因此,过渡态本身应该也有非常明显的量子特性。过渡态的这些量子特性,很多都是我们以前没有认识到的,或者用以前的实验方法看不到的。而我们利用自己发展的科学仪器,就能够去研究量子共振态、几何相位效应等,并且通过和理论学家合作,对这些过程产生更深刻的认识。
我刚开始进入这个领域时,化学动力学研究还是一个比较经典动力学领域;慢慢的,它开始走向了一个量子水平的化学动力学研究。在量子水平上研究化学动力学才能使我们对化学反应的本质有根本性的理解,并达到更加精准的水平,推动化学成为一门更精准和更可预测的科学。我认为这非常有意义。
我身在其中,能够为推动这样一个方向的发展贡献自己的力量,而且我们在交叉分子束反应动力学上做出了一些非常独到的工作,大家也比较认可。这让我觉得非常幸运。
《科学中国人》:一路走来,您觉得哪些是您人生中的关键节点?这些节点对您有怎样特殊的意义?
杨学明:人生中的每一步,都会烙下一个脚印,对后来走向的结果有影响,所以每一步都很重要。
我在浙江农村长大。很幸运,我在中学时遇到一位很好的化学老师,他的鼓励让我对化学产生了朦胧的兴趣。如果当初没有对化学感兴趣,可能我现在走的就是完全不同的道路。早期埋下的种子对我来说太重要了。
我大学是在浙江师范学院(现浙江师范大学)物理系度过的,打下了很好的物理基础,但还是觉得应该继续追求化学。所以,我找到了一个学化学的机会,到中国科学院大连化学物理研究所(简称“大连化物所”)读硕士研究生,跟随张存浩老师和朱清时老师学习光谱。
学了物理再去学化学,我自己认为是一个很好的知识架构。因为角度不同,看问题的方式就会不一样。我其实非常幸运地走上了这条道路。
▲杨学明
在大连化物所毕业后,我去美国留学。这一步对我来说也非常重要,真正让我见识到世界最先进的科学是怎样的状态。尤其在加州大学圣巴巴拉分校读博士时,遇到了AlecWodtke教授。
从他身上我学到了很多,让我真正产生了做科学研究的热情,也让我感受到做前沿科学是“触摸得到”的,是有可能一步一步把自己的研究想法实现的。对做科学研究来说,除了兴趣,另一件非常重要的事就是“想法”——因为有了想法才能有问题,有了问题才能解决问题。
到这时,我做的还都是光谱。其实年之后,我去普林斯顿大学做博士后研究本来也是要做光谱。但后来遇到了一些困难,或者说我没有找到特别让我激动的方向。于是,我有了要转变一下研究方向的想法,就选择转到加州大学劳伦斯伯克利国家实验室,跟随李远哲先生利用同步辐射光源开展化学反应动力学研究。
这是一个崭新新的研究,而且要研制一套全新、非常复杂的交叉分子束科学仪器,也正是这一点吸引了我走进了这一个方向。我就是从这里真正开始并且学会做复杂的科学仪器,走到了化学动力学领域。对我后面的学术生涯来说,这是一个非常关键的转折点。
可以说,这一路上我经历了很多“点”,每个点在我人生中发挥的作用不一样。但它们令我一步一步走上了一条能够追寻梦想、又能发挥价值的科学道路上,我感到非常幸运。遇到对的人、对的事情,又是自己喜欢的,人生能够这样“对”起来,很不容易。
当然,这其中不是没有困难,每到要做决定往哪个方向上走的时候,我就问自己走上这方向,我会不会后悔。如果不后悔做了这样的选择,那我只能一往直前。
“我跟南方科大有点缘分”
《科学中国人》:您年11月份南下,出任南方科技大学理学院院长,当时选择南方科技大学的机缘是什么?
杨学明:我是年来到南方科技大学(简称“南方科大”)帮助创建理学院的。
南方科大是一个很年轻的学校,年才开始创建。我跟南方科大有一点缘分,它的创校校长朱清时是我的硕士生导师。所以在南方科大创建的过程中,我也很