靜下心來打基礎——訪中科院大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室主任楊學明
1999年和2000年,中國科學院大連化學物理研究所所長包信和兩次到臺灣,商討引進臺灣原子與分子科學研究所研究員楊學明博士的事宜。
楊學明1985年在大連化物所獲得碩士學位,1991年在美國加州大學圣巴巴拉分校獲得博士學位,先后在加州大學伯克利分校、普林斯頓大學、勞倫斯伯克利國家實驗室等從事研究。他在國際化學分子反應動力學的基礎研究領域已嶄露頭角,他設計出新型的分子束儀器,闡明了多項重要的化學模型反應,他的研究工作獲得了多項國際獎項。2001年,楊學明出任大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室主任,國家重點基礎研究規劃項目(“973”項目)“化學反應的本質及其選項”的首席科學家。
“化學反應的本質及其選項”階段評估日前在大連舉行。會議期間,楊學明研究員就國內研究成果的評價方式、研究環境以及分子反應動力學的現狀等問題接受了記者的采訪。
分子反應動力學—化學研究的基礎前沿領域
楊學明說,分子反應動力學是化學的前沿基礎研究領域,它是應用現代物理化學的先進方法,在分子和原子的層次上研究不同狀態和不同分子體系中的化學反應的動態過程,這些過程的研究對整個科學的影響是非常巨大的。楊學明認為分子反應動力學是一門基礎學科,但同樣有著廣闊的應用前景。因為如果沒有對分子反應、原子反應的基本認識,那么燃燒化學、大氣化學就不可能存在。要治理、解決現在的大氣污染問題,需要有很好的大氣化學、分子反應動力學研究來提供技術支持。
楊學明說國內現在有一個嚴重的問題就是將基礎科學與應用科學對立起來,認為做基礎科學研究是沒事找事。但事實并不是這樣,基礎科學完全是打基礎,對以后應用所產生的效果是巨大的,這個基礎是必需的,沒有這個基礎,科學包括技術發展的源動力就喪失了。
談到國內分子反應動力學水平,楊學明說他認為國內在這方面發展的基礎是不錯的,但在國際上的水平不是很高。在國際上,分子反應動力學是在20世紀60年代發展起來的,國內是在20世紀70年代末和80年代初發展起來的。國內動力學的發展剛起步是有一個很大的發展,中間遇到了人才、儀器方面的“瓶頸”問題,最近幾年整個動力學研究的形勢有很大的變化,所以從總體來看是相當的不錯。缺陷是國內動力學研究由于經費和人員相當缺乏,這個領域高水平的人員數量是還太少,他說經費問題不是官員們認為夠不夠,而是科學家們認為夠不夠,每個領域需要經費的程度是不一樣的。
楊學明對這個領域還是很看好的,他說因為國家對整個基礎科學投入增加得很快,無論是國內成長起來的科學家,還是從國外回來的科學家,都開始在這個領域做出不錯的工作,讓人覺得這一研究領域有希望,今后能有更好的發展。
給年輕人更好的發展機會
談到為什么現在要回到大連時,楊學明說大連化物所給他的機會讓他滿意,他能夠在現有的基礎上做得更高、更寬泛、更深入的工作,他覺得現在在國內做出一流研究的環境已經有了。
楊學明認為國內化學分子反應動力學發展的大問題在于儀器的研發。動力學的實驗研究領域所需要的所有儀器基本上都是自己研發的,如果儀器的研制和利用達不到最高水平,就限制了做出更好工作的機會,造成這一問題的原因是長期以來國內領域里的人對前沿技術了解或掌握得不夠。方法和平臺的建設非常重要,如果你的手段比別人先進,再加上好的、新的主意,就可以比別人做出更高水平的工作。
楊學明說他現在的希望是做出更高水平、更有影響力的工作,能將實驗室帶上一個更高的臺階,在國內找到一批志同道合的同行,將這個領域的研究做到更高水平。
那么需要怎樣的努力才能在國際學術界占一席之地呢?楊學明認為,最重要的是國家對年輕人的培育,他認為老一輩科學家做的研究非常重要,但如果要將分子反應動力學研究推到一個更高的臺階,需要有一批在該領域里有實力的科學家才能做到。中國在整個發展過程中確實與國際先進水平有一定的差距,國家在引進人才方面也做了很大的努力,但在吸引國外一流人才回來從事基礎領域研究方面還是有一定的困難,這也是提升我國基礎研究水平的最大障礙。楊學明認為要吸引到高水平的人,就應該給他做出最高水平工作的機會。他說現在中國科學院的“百人計劃”、國家自然科學基金委的“杰出青年”項目都做得不錯,問題是這些人回來以后能不能給他們更好的機會去發展?這是最大的問題。
做基礎研究要靜下心來
針對目前國內強調將科學技術轉化為生產力,從事基礎研究有坐“冷板凳”之嫌的現象,楊學明認為國內是過分強調了生產力的轉化。他說利用科學技術來發展生產力無可厚非,但這樣做往往將科學和技術對立起來。事實上,科學和技術都是相互支撐的,不是對立的。對中國來說,研究的基礎相對比較薄弱,要真正成為世界一流的強國,研究水平一定要達到世界一流。
楊學明認為做基礎研究的人要自己能耐得住,靜下心來做事情,但靜下心來坐冷板凳并不是說讓人沒有辦法生存下去,這是兩回事。不怕坐冷板凳要有一個基礎,要能生存下去。過分強調生產力的轉化會影響到基礎研究的持續發展,如果將研究資源都集中到一兩個研究領域上,可能就將會影響到其它領域,這個負作用會在四、五年或十年后體現出來,這對國家科學事業未來的發展是很危險的。
談到目前國內強調論文的發表以及發表期刊的影響因子問題,楊學明說,對做基礎研究的人來說,將研究結果發表是天經地義的事,否則別人怎么知道您的工作呢?管理層強調發表在高影響因子的期刊上,總體上他認可,因為科學最終的目的是要影響領域和科學未來的發展。但在具體的評價方面,他并不認可用簡單、簡約的方法進行評價,比如說一定要發表在《科學》、《自然》、《物理學評價快報》上等,科學工作是否重要關鍵要看這項工作對領域的發展、影響有多大?或解決了什么重要的問題。真正的評價就是看這些方面,最好的工作不一定是發表在最高級的期刊上,過分追求這種自設的要求會變得膚淺,不是一種真正的態度,不完全符合科學規律。
楊學明認為,在一個學科里有一個健康學會的存在,對這個領域的研究工作會有一個比較客觀公正的評價。國內研究領域的人數不夠,沒有辦法支撐一個自我評價、約束、規范和公平的團體,因此往往由外行用一個簡約的方法來評價。他說中國科學有一個解決辦法,就是將中國的基礎研究放在世界平臺上來做,第一,這樣可以提高中國科學的顯示度,第二整個國際科學界相對來說比較公正,真正高水平的工作是要由同領域的高水平專家來評估;科學有一種傳統、有一種體系在里面,但它沒有一個統一的標準,所以也只有讓同行來評議。如果國內的同行不夠,可以請國外的同行進行評價。
文章來源:《科學時報》本報記者:王丹紅 2003-12-29
靜下心來打基礎——訪中科院大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室主任楊學明
1999年和2000年,中國科學院大連化學物理研究所所長包信和兩次到臺灣,商討引進臺灣原子與分子科學研究所研究員楊學明博士的事宜。
楊學明1985年在大連化物所獲得碩士學位,1991年在美國加州大學圣巴巴拉分校獲得博士學位,先后在加州大學伯克利分校、普林斯頓大學、勞倫斯伯克利國家實驗室等從事研究。他在國際化學分子反應動力學的基礎研究領域已嶄露頭角,他設計出新型的分子束儀器,闡明了多項重要的化學模型反應,他的研究工作獲得了多項國際獎項。2001年,楊學明出任大連化物所分子反應動力學國家重點實驗室主任,國家重點基礎研究規劃項目(“973”項目)“化學反應的本質及其選項”的首席科學家。
“化學反應的本質及其選項”階段評估日前在大連舉行。會議期間,楊學明研究員就國內研究成果的評價方式、研究環境以及分子反應動力學的現狀等問題接受了記者的采訪。
分子反應動力學—化學研究的基礎前沿領域
楊學明說,分子反應動力學是化學的前沿基礎研究領域,它是應用現代物理化學的先進方法,在分子和原子的層次上研究不同狀態和不同分子體系中的化學反應的動態過程,這些過程的研究對整個科學的影響是非常巨大的。楊學明認為分子反應動力學是一門基礎學科,但同樣有著廣闊的應用前景。因為如果沒有對分子反應、原子反應的基本認識,那么燃燒化學、大氣化學就不可能存在。要治理、解決現在的大氣污染問題,需要有很好的大氣化學、分子反應動力學研究來提供技術支持。
楊學明說國內現在有一個嚴重的問題就是將基礎科學與應用科學對立起來,認為做基礎科學研究是沒事找事。但事實并不是這樣,基礎科學完全是打基礎,對以后應用所產生的效果是巨大的,這個基礎是必需的,沒有這個基礎,科學包括技術發展的源動力就喪失了。
談到國內分子反應動力學水平,楊學明說他認為國內在這方面發展的基礎是不錯的,但在國際上的水平不是很高。在國際上,分子反應動力學是在20世紀60年代發展起來的,國內是在20世紀70年代末和80年代初發展起來的。國內動力學的發展剛起步是有一個很大的發展,中間遇到了人才、儀器方面的“瓶頸”問題,最近幾年整個動力學研究的形勢有很大的變化,所以從總體來看是相當的不錯。缺陷是國內動力學研究由于經費和人員相當缺乏,這個領域高水平的人員數量是還太少,他說經費問題不是官員們認為夠不夠,而是科學家們認為夠不夠,每個領域需要經費的程度是不一樣的。
楊學明對這個領域還是很看好的,他說因為國家對整個基礎科學投入增加得很快,無論是國內成長起來的科學家,還是從國外回來的科學家,都開始在這個領域做出不錯的工作,讓人覺得這一研究領域有希望,今后能有更好的發展。
給年輕人更好的發展機會
談到為什么現在要回到大連時,楊學明說大連化物所給他的機會讓他滿意,他能夠在現有的基礎上做得更高、更寬泛、更深入的工作,他覺得現在在國內做出一流研究的環境已經有了。
楊學明認為國內化學分子反應動力學發展的大問題在于儀器的研發。動力學的實驗研究領域所需要的所有儀器基本上都是自己研發的,如果儀器的研制和利用達不到最高水平,就限制了做出更好工作的機會,造成這一問題的原因是長期以來國內領域里的人對前沿技術了解或掌握得不夠。方法和平臺的建設非常重要,如果你的手段比別人先進,再加上好的、新的主意,就可以比別人做出更高水平的工作。
楊學明說他現在的希望是做出更高水平、更有影響力的工作,能將實驗室帶上一個更高的臺階,在國內找到一批志同道合的同行,將這個領域的研究做到更高水平。
那么需要怎樣的努力才能在國際學術界占一席之地呢?楊學明認為,最重要的是國家對年輕人的培育,他認為老一輩科學家做的研究非常重要,但如果要將分子反應動力學研究推到一個更高的臺階,需要有一批在該領域里有實力的科學家才能做到。中國在整個發展過程中確實與國際先進水平有一定的差距,國家在引進人才方面也做了很大的努力,但在吸引國外一流人才回來從事基礎領域研究方面還是有一定的困難,這也是提升我國基礎研究水平的最大障礙。楊學明認為要吸引到高水平的人,就應該給他做出最高水平工作的機會。他說現在中國科學院的“百人計劃”、國家自然科學基金委的“杰出青年”項目都做得不錯,問題是這些人回來以后能不能給他們更好的機會去發展?這是最大的問題。
做基礎研究要靜下心來
針對目前國內強調將科學技術轉化為生產力,從事基礎研究有坐“冷板凳”之嫌的現象,楊學明認為國內是過分強調了生產力的轉化。他說利用科學技術來發展生產力無可厚非,但這樣做往往將科學和技術對立起來。事實上,科學和技術都是相互支撐的,不是對立的。對中國來說,研究的基礎相對比較薄弱,要真正成為世界一流的強國,研究水平一定要達到世界一流。
楊學明認為做基礎研究的人要自己能耐得住,靜下心來做事情,但靜下心來坐冷板凳并不是說讓人沒有辦法生存下去,這是兩回事。不怕坐冷板凳要有一個基礎,要能生存下去。過分強調生產力的轉化會影響到基礎研究的持續發展,如果將研究資源都集中到一兩個研究領域上,可能就將會影響到其它領域,這個負作用會在四、五年或十年后體現出來,這對國家科學事業未來的發展是很危險的。
談到目前國內強調論文的發表以及發表期刊的影響因子問題,楊學明說,對做基礎研究的人來說,將研究結果發表是天經地義的事,否則別人怎么知道您的工作呢?管理層強調發表在高影響因子的期刊上,總體上他認可,因為科學最終的目的是要影響領域和科學未來的發展。但在具體的評價方面,他并不認可用簡單、簡約的方法進行評價,比如說一定要發表在《科學》、《自然》、《物理學評價快報》上等,科學工作是否重要關鍵要看這項工作對領域的發展、影響有多大?或解決了什么重要的問題。真正的評價就是看這些方面,最好的工作不一定是發表在最高級的期刊上,過分追求這種自設的要求會變得膚淺,不是一種真正的態度,不完全符合科學規律。
楊學明認為,在一個學科里有一個健康學會的存在,對這個領域的研究工作會有一個比較客觀公正的評價。國內研究領域的人數不夠,沒有辦法支撐一個自我評價、約束、規范和公平的團體,因此往往由外行用一個簡約的方法來評價。他說中國科學有一個解決辦法,就是將中國的基礎研究放在世界平臺上來做,第一,這樣可以提高中國科學的顯示度,第二整個國際科學界相對來說比較公正,真正高水平的工作是要由同領域的高水平專家來評估;科學有一種傳統、有一種體系在里面,但它沒有一個統一的標準,所以也只有讓同行來評議。如果國內的同行不夠,可以請國外的同行進行評價。
文章來源:《科學時報》本報記者:王丹紅 2003-12-29
中科院杰出成就獎獲得者楊學明
3月26日,在同行敬慕的目光中,一位中年人從全國人大常委會副委員長、中科院院長路甬祥手中接過了“2007年中科院杰出成就獎”獎章,成為該獎項的唯一個人獲獎者。
他,就是來自大連化學物理研究所的研究員楊學明,年僅45歲。
求解?歸國
閃亮的獎章“含金量”不低:經過10多年潛心研究,楊學明和同事連續在《Science》和《Nature》上發表6篇學術論文,破解了30年懸而未決的世界級科學難題——“在量子水平上觀測化學反應共振態”。
“反應共振態”是化學反應中特殊的量子過渡態,如果能捕捉到這一現象并掌握其規律,就可以更深入地認識化學反應的本質,預測和控制各種各樣的化學反應。上世紀70年代初,美國科學家就做出推測:在氟加氫分子反應中有可能存在反應共振現象。30多年來,許多世界頂尖科學家,想盡了各種方法,試圖捕捉這一只有短短幾百飛秒(1飛秒等于1千萬億分之一秒)的“回眸一笑”,但始終沒有獲得滿意的結果。
中等個頭的楊學明戴一副黑邊框眼鏡,留一撮小胡子,穿一身休閑裝;有些灰白的頭發和孩子般燦爛的笑容形成鮮明的反差。
“您是如何解決這一世界難題的?”面對記者的提問,楊學明笑了:“可能是我的運氣比較好吧。”
當然,事實遠非“運氣”這么簡單。
早在上世紀80年代末在美國加州大學攻讀博士學位時,楊學明就盯上了這一世界性難題。為實現自己的科學夢想,他于1993年加入了加州大學伯克利分校的研究團隊,后來又成為臺灣一家研究所的終身職研究員。
然而,出人意料的是,楊學明在2001年做出決定:回到他讀碩士學位的大連化物所。為此,他放棄了許多人求之不得的美國國籍。
重擔?探索
“當時回來的原因很簡單——我感覺到大連化物所的工作能讓我的科學研究的道路更加寬廣,這里有很好的實驗條件,而且有更豐富的人才資源!睏顚W明坦率地說;氐酱筮B化物所后,他挑起了分子反應動力學國家重點實驗室主任的擔子。
“原來這里只有一層樓是實驗室,現在新蓋的兩層樓都已經滿了!睏顚W明邊走邊介紹。4套主要實驗儀器,都是他自己設計的,包括我國第一臺“氫原子里德堡態飛渡時間譜儀”,它的探測靈敏度、飛渡時間分辨率以及角度測量范圍等各項指標均達到世界領先水平。
“與很多科學家不一樣,楊學明非常擅長自己設計、研制精密的科學儀器!彼耐麓鳀|旭研究員告訴我們,楊學明回到大連化物所后做的第一件事,就是設計、研制研究用的實驗儀器。
“楊學明不僅親自設計、制圖,還到工廠里指導師傅們做,在做的過程中進一步優化設計。要是沒有這幾套精密儀器,就很難取得現在的研究成果。”
“共振”?幸福
實驗室里,楊學明的團隊成員正在埋頭做實驗。說起自己的老師,楊學明的博士生任澤峰非常自豪,“老師大部分時間都泡在實驗室里,和我們一起做實驗、討論問題。提出新點子,他會拍拍我們的肩膀鼓勵道:‘這個想法很有意思!’”
在楊學明的研究團隊中,還包括曾獲得新加坡最高科技獎的張東輝等理論學家。楊學明非常注意實驗數據和理論研究的結合,有了實驗數據之后,他不是急著發表論文,而是把實驗結果與理論研究結合起來,與張東輝等理論學家合作,深入求證并解釋有趣的實驗現象。他常說:“基礎研究的成果如果封閉起來,科學便無法進步!
談到今后的打算,楊學明笑著說:“當然還是繼續研究了。捕捉到反應共振現象只是初步的成果,我們還將繼續研究共振態之間的干涉效應、同位素效應對化學反應共振的影響,以及氟原子激發態的非絕熱動力學對反應共振的影響等課題——這些基礎研究對于揭示化學反應的本質和實際應用,都非常重要!
一輩子做實驗不覺得太枯燥、太辛苦?
“做實驗的確比較單調、辛苦,但只要你喜歡、有興趣,就完全不覺得累了!睏顚W明說,“其實一個人一輩子能干成一兩件事就很好了。如果你能有條件做自己喜歡的事,那是世界上最幸福的!
文章來源:《人民日報》2008-04-03
攻克世界難題的德清籍科學家楊學明
2008年春天,中國科學院2007年度杰出科學成就獎授予了一名個人和6個科研集體。這名惟一的個人獎獲得者就是德清籍的科學家楊學明。多年來,楊學明在化學反應動力學上的成果受到了學術界廣泛關注和高度評價,是我國重點基礎研究發展規劃“973”項目首席科學家,F任中科院大連化學物理研究所研究員、博士生導師、分子反應動力學國家重點實驗室主任。筆者特地電話采訪了他,還通過其中學老師的口述,科學家楊學明的形象在我腦中漸漸變得生動鮮活了。
以中國的名義公布科研成果
楊學明1982年考入了中科院大連化學物理研究所,師從我國著名化學家張存浩和朱時清教授,并開始走上科學研究的道路,1985年獲得理學碩士學位。
1986年,楊學明進入美國加州大學圣巴巴拉分校化學系,1991年獲哲學博士學位。1991至93年,他在美國普林斯頓大學化學系做博士后。1993至95年在美國加州大學伯克萊分;瘜W系及美國勞倫斯伯克萊國家實驗室做博士后。應諾貝爾化學獎獲得者李遠哲教授的邀請,楊學明在臺灣中央研究院原子與分子科學研究所任副研究員,并成為終身研究員。
楊學明在科學研究的道路上走得比較順利,這跟他所處的環境有關。無論在中國還是在美國,他遇到的都是一流的科學家。他們對科學的癡迷,對科學研究充滿興趣,潛移默化影響了他。楊學明說:“在美國求學期間使我真正學會了獨立做研究的能力,給了我一種沖擊科學前沿的信心和能力。這是我今后研究工作的一個重要基礎!
2001年楊學明回到祖國大陸,擔任中國科學院大連化物所研究員、分子反應動力學國家重點實驗室主任。在短短的6年時間內,楊學明帶領他的科研團隊步入國際先進行列。他和他的團隊取得的科研成就“在量子水平上觀察到化學反應共振態”和“發現波恩—奧本海默近似在氟加氘反應中完全失效”,分別入選2006年度和2007年度中國十大科技進展。他的研究成果突破解決了30多年來化學研究中一個懸而未決的國際公認難題。2006年他被選為美國物理學會會士。
楊學明還曾經獲得海外華人物理學會亞洲成就獎、國家杰出青年基金等。
他說,他深深地體會到“科學無國界,科學家有國籍”這句話的深刻含義。他就是想把自己的技術和成果以中國的名義公之于世界。
游弋在學科領域最前沿
在實驗室里,楊學明經常和研究生討論問題。他常掛在嘴邊的一句話是:“嗯,這個很有意思。”興趣,正是他從事科研的基礎。
楊學明認為在科研上有很好的想法,并能作深入的研究,這就是自己人生的追求。他經常很晚才離開實驗室,沒有人逼迫你這么做,因為自己有興趣才會這么做,如果有興趣就不覺得累了。
楊學明對國際上的同行十分熟悉,并且建立了很好的合作交流氛圍,能夠很快捕捉他們的想法,作他們想不到的研究。
“跟他們接觸對我很有幫助,尤其是做研究做得好的人,大家都很投入,整天都在想問題。經常在國際會議上碰到同領域的專家,有不懂的問題就去問他們。他們也不會做的話,這個問題就很有意思,值得去探索!睏顚W明說。
憑借著對學科前沿領域科學問題的精準把握,以及在實驗領域獨到的設計能力,楊學明往往能夠獲得高水平的實驗數據。同時,楊學明特別注意與優秀的理論學家合作,形成良性互動,使實驗和理論能夠在最高水平上結合起來。
“成功的關鍵,就是對科學問題進行深層次的思考和研究。對我來說,最好的工作可能就是整天在實驗室里面,和學生一起討論問題!睏顚W明說。
在大連化物所,楊學明對實驗精益求精、一絲不茍是出名的。
2006年楊學明帶領團隊“啃”下了“F+H2反應”這塊硬骨頭,但整個探索過程充滿艱辛、坎坷。當大家通過不懈的努力克服一個個難點,使分辨率有所提高并獲得了不錯的實驗數據時,一般人都有“松了口氣”的感覺,認為“可以寫文章了”。而楊學明對結果還不滿意,認為分辨率還需提高,有些地方還待改進。
于是整個團隊馬不停蹄,繼續戰斗。他們深入鉆研,進一步搞清了放電過程,重新精確確定了交叉分子束碰撞角度。經過數月的努力,終于使新裝置的分辨率得到了顯著提高,在楊學明的嚴格把關下,課題組獲得了該反應的全量子態分辨譜,實驗數據達到了國際上有分子束技術以來的最好水平。在楊學明主持下,這一突破性成果被撰寫成論文,很快在國際權威刊物《Science》上發表。2006年楊學明本人也被美國物理學會選為會士。
他的口頭禪有兩句,除了“嗯,這個很有意思”,另一句是:“要做就要做得最好。”
做別人沒有的儀器
楊學明一提到實驗室的科學儀器,就立刻精神煥發。“幾乎所有的實驗用儀器都是我自己設計的!彼湴恋卣f。
“你能做出別人沒有的儀器,就能看到別人看不到的現象,得到別人得不到的結果!睏顚W明堅信,做實驗研究的人如果做不了儀器,絕對做不出出色的研究。
與大多數人不同,楊學明樂于親自設計儀器的技術圖紙,時間長了,實驗室里摞起了一大堆。他會到車間和工人們一塊討論,對制作儀器的每一個細節他都十分關注。對于儀器設計制造,楊學明總是不吝惜時間,而且保持著一份工匠般樸素的熱情。
有一次,楊學明專程從臺北驅車至新竹的一家機械加工廠去看自己設計的儀器。他去了之后,原本應該工人做的對儀器進行超聲波清洗、水洗、風干之類的工作,他都親自去做。
“自己設計儀器很重要,必須把做實驗的來龍去脈都想清楚,因為只有自己才最清楚實驗對儀器精細程度的要求,才知道如何優化自己的設計。”楊學明說,“很多人做儀器沒有成功的原因,就是圖紙設計好了或者畫個草圖就給工廠,對于怎么做實驗并沒完全想透,最后儀器是做出來了,但用起來結果不一定很好。”
楊學明說,他堅持自己設計儀器的原因還在于,他想求解的科學問題所需要的儀器是買不到的,只好自己去做。
化學反應共振態研究是30多年來化學研究中的一個經典難題。從20世紀70年代初,美國科學家推測在氟加氫分子反應中可能存在這種反應共振現象以來,科學家們始終未能從實驗中直接觀測到它的存在。楊學明在美國讀研究生的時候就密切注意這一領域的研究動態,直至回到分子反應動力學國家重點實驗室時,他決定向這個“世界級難題”發起沖擊。
2004年11月,新建造的里德堡態飛渡時間譜儀通過了中科院驗收。楊學明親自完成儀器的關鍵部分——真空腔體和分子束反應器的設計,并與同事一起對主要部件進行優化。正是借助本領域這一最得力的實驗手段,楊學明團隊旗開得勝,于2004年底在新裝置上首次獲得了氟加氫反應產物轉動分辨的微分反應截面,完成了一個極具挑戰性的課題。該成果發表在2005年1月于美國召開的國際高水平學術會議———高登(Gordon)會議上。同樣在這臺儀器上,楊學明團隊不斷優化提高裝置的分辨率,并最終成功觀測到氟加氫反應的全量子態分辨譜,觀測到反應共振態,取得的實驗數據達到了有分子束技術以來的歷史最高水平。
目前,楊學明自己設計制造的科學儀器已達7臺,放滿了整整一層實驗室。在楊學明的影響下,他的學生也迷上了親自動手設計制造科學儀器。
當有人詢問這些填補國內空白的儀器是否進行了知識產權保護時,楊學明斬釘截鐵地說:“不需要保護,反倒希望更多人應用;A研究領域的成果如果封閉起來,科學便無法進步!
德清下舍———成長的搖籃
1974—1978年,楊學明在當時的德清縣“下舍五七中學”讀完了初中和高中(初中、高中都是兩年制)。我在采訪其高中班主任陳朝暉老師時,對他如此評介:楊學明好不容易才爭取到了上高中的機會,所以他很珍惜,學習上也是愛鉆研、肯吃苦。楊學明參加體育活動和勞動都很積極,與同學相處也很融洽,是一個品學兼優的好學生。
楊學明的高中物理老師王新泉說:印象中楊學明在聽課時,參加活動時都是一副笑瞇瞇的神情,他對化學、物理都很感興趣。比較突出的一點就是聽課、做作業、考試都顯得很輕松,而且在考試時答卷的速度很快,常常要比同學們早半個多小時答完,還經常拿滿分。王老師還說,楊學明對家鄉、對老師、對同學是懷有深厚感情的,記得有一次,他需要一本教學參考資料,托正在浙師大讀書的楊學明幫助尋找。沒多久,楊學明就把書寄來了。前幾年學生們搞過一次同學會,當時楊學明遠隔重洋在美國,但還是不辭勞苦趕回來參加聚會。
陳月鳴老師曾教過楊學明初中、高中階段的化學,她回憶說,楊學明學習很刻苦,盡管他家離學校很遠,但他上學從不遲到。讓她印象最深的是,楊學明還在上初中時,有一次上數學課老師沒來,她就說:“楊學明,你去給同學們上一課吧!苯Y果,楊學明真的像模像樣地給同學們上了一堂數學課。
楊學明回憶中學時代時說:陳月鳴老師對于我最終選擇從事與化學相關的研究起到了非常關鍵的作用。在中學時,我對化學特別感興趣,這與陳老師對我的關心和鼓勵有很大的關系。雖然我高考時由于某些原因化學沒有考的很好,大學念的是物理學,但是在中學時代我對化學的興趣使我最終選擇了與化學相關的研究領域作為我的職業。王新泉老師是我高中的物理老師,教書育人非常認真,他對我物理課的學習有非常大的幫助。而今天我所從事的正是化學和物理交叉學科的研究,這與當初打下的基礎和興趣有密切的關聯。
雖然我在上中學時還很幼稚,但是我對老師們的關心和愛護是記憶猶新的。在初、高中時期,我其實是一個不太自信的學生,許多老師給了我很大的鼓勵,特別是班主任陳朝暉老師,他對我的學習和其他方面給予了許多幫助和鼓勵。陳老師對于我的要求也是很嚴格的。記得有一次,由于我沒有認真書寫毛筆字,被陳老師叫到辦公室。正是因為陳老師的這種幫助,使得我一直很喜歡書法。
楊學明還滿懷深情地說,在我的心目中,陳月鳴老師更是一位慈母般的老師。在我畢業高考復習期間,我住在學校復習。有一次,我穿的襯衣被我用開水給泡的非常皺,不知道該怎么辦,非常著急。陳老師知道后,主動幫我將襯衣洗干凈,并用熨斗將我的襯衣燙好。當時我覺得非常神奇,內心非常感動。也許陳老師已經不記得這件事,但這事對我的觸動非常之大。此外,其他許多老師如王新泉老師、蔡業老師等在我中學時期都給過我許許多多的關心和幫助,我的中學時代留下了許多美好回憶。
無數在外的德清游子、莘莘學子為家鄉和老師贏得了莫大的榮譽和驕傲,這也是一筆寶貴的精神財富,值得我們珍藏。
文章來源:《德清新聞網》 2010-08-05
“海歸”楊學明
2001年之夏,他從海峽彼岸走來了。在“海外漂泊”了十幾年的青年科學家楊學明,重新回到了這塊既熟悉又有些陌生的土地。熟悉,因為這里是他曾經獲得碩士學位的地方;陌生是因為它的巨變又使楊學明感覺自己仿佛來到一個新的城市。大連變了,化物所變了…所有這一切讓他這位“海外游子”感慨萬分…。
他的夢想曾經從這里起飛,1985年獲碩士學位后,他離別大連赴美深造,在異國它鄉“一晃”就是整整10年。在那里,他獲得了博士學位,并在美國普林斯頓大學、加州大學勞倫斯伯克利國家實驗室度過了“博士后生涯”,導師是1986年諾貝爾化學獎得主李遠哲教授。此時的楊學明已在國際分子反應動力學的基礎研究領域嶄露頭角。1995年底,他去了臺灣“原子與分子科學研究所”,繼續他的科研生涯。
無論是在美國還是在臺灣,他始終奉行“研究是我人生的追求”這一信念,他潛心做學問,苦心鉆研,精心設計出一臺臺新型的分子束裝置,闡明了多項重要的化學反應模型,并將一個個國際獎項----------美國JILA 訪問學者獎、國際ISI的經典引文獎、國際自由基會議布洛伊達獎等收入囊中。
1999、2000年,他的兩篇重頭文章陸續在國際頂級學術刊物《Science》上登出……。
此時的他,事業如日中天,且手中還握有美國綠卡,然而就在2001年,他做出了一個令人深感意外的決定,這或許是他一生中最重要的抉擇----------“放棄”美國、離開臺灣,奔向大連。他為什么“突然”把目光轉向了祖國大陸? 那是這片科研熱土在召喚他,是化物所提供的科研大平臺在吸引他。他似乎聽到了“改革開放、自知識創”那強勁的腳步聲,他深感“在國內做出一流研究成果的環境已經形成了……!睏顚W明認為,化物所給他的機會令他滿意,使他有條件在現有的基礎上把科研工作做得更高、更廣、更深。
楊學明是帶著“想法”回來的,他早就盤算好了:“回大連后第一項實驗就是研究氟加氫反應共振態”。
可以說,“共振態”吹響了楊學明向“國際前沿”進軍的號角……,從此他一發不可收,成果接二連三,“楊學明團隊”已在國際分子反應動力學領域占有了重要的一席之地。
“化學反應共振態”對大多數人來說是陌生的、遙遠的,而對于楊學明來說,卻是他頭腦中經常出現的深感興趣的“科學難題”-----這是一種特殊的量子過渡態,控制著化學反應的速率、產物的分支比和量子態分布,對化學反應有極其重要的影響,但由于過渡態所經歷的時間一般在飛秒時間尺度,而處于過渡態的分子復合物又具有復雜的量子態結構,因此從實驗上觀測過渡態是物理化學領域的一項重大挑戰。20世紀70年代, 美國科學家根據理論計算,首先推測出氟加氫分子反應中有可能存在反應共振現象。隨后的30多年時間,不斷有實驗科學家進行嘗試,但由于諸多關鍵問題沒有得到解決,所以始終未能從實驗中觀測到F+H2反應共振現象。 這30年來,無論理論還是實驗均毫無進展。
楊學明是上世紀80年代中期在美國攻讀博士學位時接觸到氟加氫反應動力學的,他對前輩的工作有相當深入的思考。而在我國臺灣工作時,他進一步接觸到這個“熱點”問題:“當時臺灣原分所的劉國平研究員做了一個氟加氫化氘(HD)的反應,并在其中看到了共振現象,但并沒有觀測到氟加氫分子的化學反應共振態,使得這一共振態問題變得更加神秘和有趣!边@一科學問題的難度和意義深深吸引了勇于探索的楊學明,他決心破解這個困惑科學家幾十年的“世界級謎團”……
楊學明將如何開始他的挑戰呢?
很明顯,商業用科學儀器和實驗室現有裝置均無法勝任楊學明想要開展的實驗研究,而氫原子里德堡態飛渡時間譜技術結合精密的交叉分子束裝置,恰恰是探索這一類實驗的最強有力的工具,目前國際上僅發達國家的少數幾個實驗室擁有這類儀器并用于動力學研究。楊學明不僅是科學研究的高手,而且還是一個“研制儀器專業戶”,在他十多年的科研生涯中,已有6臺大型國際一流實驗裝置出爐,現在他決定填補國內空白、向難度更大的“氫原子里德堡態飛渡時間譜儀”發起進攻。他的建議得到了大連化物所的支持和中科院強有力的經費資助。
楊學明親自設計儀器的關鍵部位----------主真空腔體, 并對儀器各部件進行了一系列獨具匠心的改進,使它與國際上類似的儀器相比較,具有明顯的優勢和獨到之處。2004年10月新裝置通過了中科院組織的專家組驗收,并獲得好評。
文章來源:《新華網》2009年10月10日
穿插于物理與化學之間- 訪“化學反應的本質及其選控”項目組
記者:房琳琳
時間:2006年8月18日
地點:自然基金委某國際項目答辯現場
恰逢“化學反應的本質及其選控”項目首席楊學明來北京,參加完自然基金委的國際合作項目答辯,他接受了記者的采訪。
楊學明從大連化物所念的碩士,后到美國讀博士、博士后,師從諾貝爾獎獲得者李遠哲,在臺灣完成了從學生到獨立研究者的蛻變,并在國際上建立了自己的聲望。
2001年,他回到大連化物所,帶領科技部973項目“化學反應的本質及其選控”的研究團隊,共同攀登化學反應動力學的基礎研究高峰。
記者:化學反應動力學是一門怎樣的學科?
楊學明:自從Hershbach、李遠哲、Polanyi因對分子反應動力學的杰出貢獻而獲得1986年諾貝爾化學獎以來,分子反應動力學得到了蓬勃發展。對化學反應的研究已經深入到原子分子的層次,細致到量子態。
化學反應是化學的靈魂和化學學科的基礎。化學反應的本質是指化學反應是怎樣發生的;瘜W反應的選控,是研究如何控制化學反應。研究這些問題有著重要的科學意義,同時基礎科學的研究也可以為現實世界中的問題提供解決方案。
記者:能舉幾個例子嗎?
楊學明:我認為最為成功的例子,就是對氟利昂的全球化控制。這對臭氧層的保護意義非常重大。
因為冰箱里面的制冷劑氟利昂不會分解,制冷效果又好,所以在最開始應用時,人們非常高興。但后來發現散發到大氣中去后,氟利昂會破壞高空臭氧層,這對人類傷害極大。
1984年,《蒙特利爾協議》簽訂,大家都知道,如果破壞了臭氧層,人類就沒有辦法活下去了。所以在科學家的呼吁下,進行了全球化的抵抗氟利昂的行動。
現在有了氟利昂的替代品,如用氫取代的物質,它的活性比較強,在跑到高層之前大部分就也被破壞掉了,因此不會對高空臭氧層造成很大的破壞。研究臭氧層破洞的美國和德國科學家因此獲得了諾貝爾化學獎。這在我們領域里面是非常經典的例子。
還有一個例子,當航天飛船進入軌道,太空環境中有非常稀薄的氧原子,當航天飛船的速度非?鞎r,其表面會與氧原子發生何種反應,這種反應的破壞性如何,都需要去做基礎研究。
記者:化學分子反應動力學是一個怎樣的交叉學科?973項目的支持對學科的發展有什么意義?
楊學明:化學有很多的領域,比如材料化學、有機化學、無機化學、藥物化學等等,其中每個領域都與日常生活多多少少有關系。
分子反應動力學是一個交叉學科,因為它應用的方法和技術都是很接近物理的,物理和化學的交叉非常深入。
以前,我國在這個領域的研究還是比較薄弱的。1999年該項目第一次列入到973計劃里,對學科的發展起到了相當重要的作用。以前,這個領域的研究力量各自為戰,就像一盤散沙。有了973項目這個平臺,整合了各方面的力量,進行合作研究,科學家們也能相互鼓勵和幫助。這對于推動我國相關的研究工作是非常重要的。
記者:5年來,成績如何?
楊學明:在觀察氫原子和氫分子過渡態中的量子結構的研究方面,有了非常大的進展。在《科學》和《自然》上分別發表了一篇論文。
過渡態本身的觀測是非常重要的,就是要了解在什么情況下能看到,其反應過程是怎樣的。這是最簡單的化學反應,卻不一定能說清楚。盡管一些實驗和理論研究給出了一些解釋,但是細致的機理仍然不清楚。所以在基本概念上得到澄清,是很重要的。發表在《自然》上的那篇文章,就是給出了其類似于反應的共振現象不是由于共振態引起的,而是由于量子化的勢壘型過渡態所引起的。
《自然》審稿人的評語是:“我認為這是一篇非常重要的論文,其研究成果會引起各種學科里的人的直接關注,特別是在化學和物理的各個領域……(實驗上)如此高的分辨率以及理論與實驗之間如此的符合,甚至在5年之前還僅僅是人們的夢想……”
此外,還有一個氟加氫的反應,我們發現氟化氫處在很高的激發態,只要有足夠高的濃度,就能產生化學激光,這個機理的研究,能成為教科書里的經典案例。今年3月份,成果發表在《科學》上。
項目實施5年來,共發表論文544篇,其中國際378篇。SCI收錄了529篇,EI收錄7篇,收錄率達到98.5%。
記者:項目組做了很多基礎性的工作,比如說理解化學反應的特性。能再舉一個例子嗎?
楊學明:再比如化學激光,在美國它是被作為一種空間戰略武器來研究,其化學機理的基礎性問題就顯得非常重要。
人們知道,激光就是把低能的分子打到高的激發態,粒子束就會產生激光。我們研究的是用化學的方法獲得激光。其中,一個關鍵問題在于如何讓化學樣品有效脫水,因為水是一種淬滅劑,能導致化學反應不充分。
課題組發明了一種方法,做到了讓樣品有效脫水。這種原創性的方法,會給該領域的研究帶來具大的推動作用。
記者:除了厘清概念,項目研究有沒有面向實際生產和生活的課題?
楊學明:“面向大氣化學和燃燒化學的自由基和光解離反應動力學研究”就屬于這類。
我們現在面臨一個非常重要的問題,就是大氣污染。一個是工廠里面排出來的二氧化硫、一氧化碳等,另一個是汽車尾氣里面排出來的氮氧化物。與光照反應后,形成各種危害。我們研究這種反應機理,可以在有害氣體排出來之前,讓它產生別的化學反應,把有害氣體處理掉。現在有了一些這樣的技術,但是還需要更深入的基礎研究做支持。了解這些大氣中的化學物質在不同的溫度、濕度等條件下,究竟會發生什么不同的反應,這對生產和生活有很現實的指導意義。
我們實驗室的所有設備都是自己設計的,因為只有做好了儀器設備,我們才能做更高水平的工作。我們實驗室現有的研究交叉分子束反應動力學的里德堡態氫原子飛渡時間譜裝置以及高分辨成像裝置都是我們設計的。
研究過程中,技術和方法上的創新是最重要的一個方面。我經常跟我的學生說,只有掌握了先進的實驗技術方法,你的研究工作才能在國際上得到廣泛的認可。
記者:是不是從某種程度上講,化學的創新就是技術手段的創新?
楊學明:對,如果你有很好的技術,再加上有很好的思路,你就可能獲得更多想要得到的信息。
我們知道“里德堡態氫原子飛渡時間譜技術”這種方法很好,但是把它應用到你的問題上,或者把它發展到極致,就很不容易。這需要依賴實驗上的各種技術的配合,比如激光技術、分子束技術、電子技術等等,這些技術都非常關鍵,而其可靠性要求也非常高,每樣東西的可靠率要在90%以上,否則你就成天要修理各種儀器了。
記者:除了設備還需要什么條件?
楊學明:除了好的設備以外,好的研究課題也是非常重要的。做研究你首先需要有一個非常明確的研究方向,并要找到好的研究課題。在我們實驗室,一個好的實驗一般要兩三年才能做出來,所以想清楚今后幾年做什么研究課題是一件非常重要的事。
我非常高興我們有機會獲得了科技部973項目的支持,使我們國家在這個領域的研究有了很大的進步。我也非常感謝科技部對我們973項目的支持,并希望今后還有機會獲得這樣的支持。
■編者按
“認識化學反應的本質對促進化學學科及其它物質科學和高新技術的發展有著深遠的影響!边@是973計劃“化學反應的本質及其選控”項目結題報告上開篇的話。雖然我們還不能完全明了化學反應的本質,但從這句話中,對于項目的意義也能體會一二。“以前,這個領域的研究力量各自為戰,就像一盤散沙。有了973項目這個平臺,整合了各方面的力量,進行合作研究,科學家們也能相互鼓勵和幫助。這對于推動我國相關的研究工作是非常重要的!笔紫茖W家楊學明如是說。
文章來源:《科技日報》2006-08-23 |