發現發明不能被告訴,不能被灌輸,隻能靠實踐。發明能力的培養尤其如此。
朱棣文博士祖籍江蘇太倉,出生於美國密蘇裏州的聖路易斯。他的家庭是一個崇尚科學的書香門第:父親朱瑾在化學工程方麵造詣頗深,是國際知名的化工專家;母親李靜貞也是一位在美國頗負盛名的化學家;哥哥朱築文則是美國斯坦福大學醫學院的教授。
朱博士的過人之處在於他的“動手能力”極強。他稱自己是實驗物理學家。他不但能設計實驗,還能自己製作出來。一些難度很高的實驗,別人幾乎做不出來,而他卻屢屢成功。他能獲得諾貝爾獎,在很大程度上有賴於他出色地完成了許多難度極高的實驗。
眾所周知,大千世界的各種物質都是由分子組成的,而分子又是由原子組成的。原子每時每刻都在不停地運動著,它在空間的運動速度可達每秒500米。如果能將原子運動的速度放慢,直至相對靜止的狀態,如同慢鏡頭重放體育比賽一樣,那將給物理學家研究原子及其內部結構帶來莫大的方便。朱棣文博士應用“激光冷卻原子”技術,實現了物理學家夢寐以求的使原子“安靜”下來的夢想,朱博士因此而榮獲1997年度諾貝爾物理學獎,成為第五位獲此殊榮的華裔學者。
1925年,大物理學家愛因斯坦延續了印度科學家玻色的研究工作,假設過在超低溫狀態下幾乎停止運動的原子群。朱博士的研究工作實現了愛因斯坦的假設。
1984年朱棣文開始從事這項研究。在此之前的1975年,斯坦福大學的肖洛、漢斯等物理學家提出了一個新的想法:將激光的光子動量傳遞給原子,形成一種輻射壓力,以阻抗原子的熱運動,使原子氣體的溫度降低。
朱棣文依據這一物理思想,決定用激光這個利器來馴服運動不息的原子。他將激光微調到比共振稍低的頻率,用6個方向的激光束對原子進行撞擊。此時,令他驚喜的現象發生了:快速運動的原子在撞擊下運動速度下降到每小時100米,幾乎處於靜止狀態。為何出現這種現象呢?原來激光束是由大量光子組成的,當原子受到激光束照射時,原子就會吸收比它還要小得多的光子。它不僅吸收光子的能量,還會吸收光子的動量,從而使原子的溫度降低,運動速度減慢。具體講,就是當原子受到激光束的照射時,在1秒鍾內,原子就能吸收大量的光子。此時,原子受一10倍於自身重力的“光壓力”,加上激光照射的方向設計得很巧妙,如此大的光壓力就會迫使原子驟然“安靜”下來,其運動速度減慢到如同一條小蟲蠕動時的速度,其溫度也會隨之降下來,使物理學家有足夠長的時間來觀察和研究原子的狀態。
朱博士形象地把這種由激光束形成的、用來“粘”原子的介質稱作“光學粘膠”。
朱棣文博士開發出的“激光冷卻原子”技術,使科學家們從此可以輕鬆地“抓住”原子,使它們懸浮在空間近乎不動,不讓它們亂跑,便於更好地研究。這項出色的工作不僅有理論意義,也極有實用價值。
朱棣文開發的這項實驗技術,可以用於研製高靈敏度的原子幹涉儀(即所謂的“原子陀螺”),以更精確地測量地球表麵不同地點重力加速度的變化,這在石油勘探、找礦、地震預報等方麵都具有應用前景。如某處地下有礦藏,該處的質量往往會高一些,相對應的地表的重力加速度就大一些。但這種“大一些”僅僅是大於重力加速度的幾億分之一,用以往的方法根本測量不出,但用“原子陀螺”就能判明礦藏的位置乃至儲量。
生物學家則期望將朱博士等人開發的“激光冷卻原子”技術用於人類基因組項目的研究,以進一步解開生物體的遺傳密碼。要解開遺傳密碼,需要先對脫氧核糖核酸(DNA)進行分段,利用“激光冷卻原子”技術可以測量DNA片段的物理特性,這有助於推進人類基因組計劃的研究。
某些物理學基本規律也可以利用“激光冷卻原子”進行驗證,如將采用“激光冷卻原子”製成的高靈敏度原子幹涉儀放到微重力的環境中,就有可能最終驗證愛因斯坦的廣義相對論。
“發明要從銑一枚螺釘做起。”這是一位發明家講過的話。話雖然樸實,但道理卻淺顯易懂,那就是發明必須培養動手能力。發現和發明,不能被告訴,不能被灌輸,隻能靠實踐,在實踐中學習,在學習中摸索,在摸索中提高,發明能力的培養尤其如此。朱棣文博士“粘住”了原子,他的一雙巧手功不可沒。動手能力成為他的優勢,也是他走向諾貝爾領獎台的通行證。