丁肇中：一個科學家要打破古人的觀念，才能向前走

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2023-05-29

2023年5月16日到5月23日，一週的時間裏，87歲的諾貝爾物理學獎得主丁肇中先生從北京到廣州，從中科院高能物理所的高能論壇到大灣區科學論壇，活動安排雖不算密集，但舟車勞頓於他的年齡來説仍稱得上是一次考驗。

上週，《面對面》欄目赴廣州專訪丁肇中先生。

採訪前，我們瞭解到兩個信息，一個是他將在採訪結束後馬上出發，前往中微子實驗室去考察，另一個是他在整個行程中，每天都會在固定的時間裏和遠在瑞士的團隊通電話，討論正在進行的實驗。

實驗是幹什麼的？有什麼用？

丁肇中長期從事高能物理實驗，這意味着，能和他討論專業問題，或者僅僅向他提出專業問題的人都是極少數的。

**記者：**有沒有人問您實驗是幹什麼的？有什麼用？有什麼用這個問題是不是反覆被人問過？

丁肇中：常常有人問這個問題。比方説20世紀30年代的時候我們研究的是原子物理或者量子力學，那個時候就有人問做這個幹什麼？這完全是抽象的，現在用在量子計算機上用在通信上，完全是那個時候的基本物理。在1900年左右最主要的一個發現是X光，當時也有人問做X光幹什麼？現在用在醫學上用在各種不同研究上。20世紀50年代的時候，最先進的科學就是原子核物理，那時候也有人問這有什麼用處？花這麼多錢研究這個幹什麼？現在用在能源上。從發現到應用可能有30年到50年的時間，到能應用的時候就改變人的整個知識，問這個問題是很自然的現象，可是要想清楚一點，人要研究這個主要是因為好奇心，有的結果改變人的整個人生。

“教授大小對我來説沒有意義，做實驗物理不要盲從專家的結論”

近些年，丁肇中在不同場合分享體會時，都用了大致相同的文本結構，那就是五次重要的實驗和每個實驗帶給他的領悟，他從他第一個重要實驗中得到的領悟是“做實驗物理不要盲從專家的結論”。

**記者：**您做的第一個重要實驗就是電子到底有沒有半徑，當時是很權威的教授做出來的實驗？

**丁肇中：**對，兩個學校。

**記者：**您當時博士畢業沒多久，怎麼就可以去質疑這麼大的教授做出來的實驗呢？

**丁肇中：**大教授和小教授對我來説是沒有意義的。我就覺得量子力學、量子電動力學是很完整的科學，因為以前很多人檢查過這個都是對的，推測都是對的，忽然兩個實驗説它是錯的，所以我就覺得很奇怪，我就想一個辦法檢查一下。

做實驗需要錢，需要實驗室。在美國，丁肇中沒有找到願意和他合作的實驗室。1965年，他放棄了在美國大學的前程，到德國新建的電子同步加速器研究所，重做了正負電子對實驗。八個月後，他的實驗證明：量子電動力學是正確的，電子沒有體積。

**記者：**您當時做出來這個説是推翻有名大學有名教授的實驗，您去哪説去，您一個小人物去推翻人家大人物，怎麼去推翻人家？

**丁肇中：**我現在忘了是哪一月了，國際高能物理每兩年有一個會，德國國家研究室主任就寫了封信，説我們要來，我們有結果要向大家公佈，所以就帶我去了。那時候根本沒有計算機，稿子是從德國到美國加州的飛機上寫的。第一個報告可能是哈佛大學的，第二個報告可能是康奈爾大學，兩個都證明電子有半徑，組織會議的人就説現在沒有時間了，不過我給你10分鐘。

**記者：**給了他們多少時間？

**丁肇中：**大概一個鐘頭左右。10分鐘我就簡單地介紹了一下，這個實驗怎麼做的？怎麼樣校對？怎麼樣檢查？

**記者：**能夠説服別人嗎？

**丁肇中：**不知道，大概別人都相信了吧。

**記者：**這個實驗給您奠定了一個什麼基礎？

**丁肇中：**慢慢有人知道我是誰了，慢慢開始有人支持我了。

“不要因為大多數人反對而改變你的興趣”

20世紀70年代，丁肇中從事有關光子和重光子的一系列實驗。這些實驗“不受物理界的歡迎”：在理論物理學家眼中，尋找高質量的重光子物理意義不大；在實驗物理學家心中，沒有人能完成如此困難的實驗。

**丁肇中：**要從正負電信號中找重光子需要極高的背景分辨率，就相當於廣州下雨的時候，每秒鐘有100億個椅子中間有一個是紅的，你要把這個紅的找出來，所以必須發展全新、非常精確、非常強的放射線下，能正常工作的全部新儀器，這個實驗不受物理界的歡迎。

在這個理論物理學家和實驗物理學家都不看好的實驗中，藏着一頂諾貝爾物理學獎的桂冠，但要戴上這頂桂冠，丁肇中首先要做的，仍然是找到願意和他合作的實驗室。

美國布魯克海文國家實驗室接受了丁肇中的實驗計劃。1974年，這項實驗讓丁肇中找到第四種夸克——J粒子，這一發現推翻了過去認為世界只由三種夸克組成的理論，為人類認識微觀世界開闢了一個新的境界。

**丁肇中：**所以第二個體會，做基礎研究要對自己有信心，做你認為是正確的事情，自然科學的發展是多數服從少數，少數人把多數人的觀念推翻了以後才能向前走，千萬不要因為大多數人反對而改變你的興趣。

1976年，丁肇中因此獲得諾貝爾物理學獎，領獎時，他堅持使用中文演説，成為諾貝爾獎歷史上第一個使用中文作獲獎致辭的人。

“當實驗和理論不符合的時候，你才可以學到新的東西”

1979年，丁肇中學術生涯的第三個重要實驗，帶給他的啓示是“作為一名實驗科學家，對意料之外的現象要有充分的準備”。這項實驗原本的目標是繼續尋找電子的半徑，結果卻意外發現了膠子。

1979年9月2日，美國《紐約時報》在頭版上報道了新的發現，報道中特意提到“27名中國科學家參加了這個實驗”。這是改革開放後，中國科學家第一次參與國際合作，這批科學家中很多來自中科院高能物理所。這之後，丁肇中領導的L3實驗開始，包括中國在內的19個國家、600多名科學家參與其中。

L3實驗在歐洲核子中心進行，這項實驗耗費了丁肇中20年的時間，實驗發現，在現在的能量範圍內，宇宙中有三種不同的電子、三種不同的中微子和六種不同的夸克。電子和夸克是沒有體積的。

L3實驗帶給丁肇中的啓發：組織國際活動，要選擇科學上最重要的題目，以引起參加國的興趣。貢獻大的國家要有優先的認可，這才能得到參加國政府的長期優先支持。但追根溯源，他仍將國際合作之所以成功，歸因於人們對物理的興趣。

**丁肇中：**國際組織很大、很多的國家，可是我並沒有權力控制他們的經費，也沒有這個能力，所以他們願意做這個事情，因為他們對這個物理有興趣。

把不可能變為可能

從1994年開始，即將60歲的丁肇中啓動了他物理生涯中第五個重要的實驗。他想要把磁譜儀放到太空中，尋找反物質、暗物質和宇宙線的秘密。

**丁肇中：**很多人説這是不可能的實驗，人類不可能把磁鐵放到天上。因為磁鐵放到天上，就像中國人用的指南針一樣，一頭會向北一頭會向南，所以很快航天飛機或空間站就失去控制了，所以這是絕對不可能的。

**記者：**誰説的？

**丁肇中：**很多人説，這是很普通的現象，結果我們做了磁鐵，讓它不轉。

多個國家的通力合作，造就了AMS，也就是阿爾法磁譜儀。1998年，“發現號”航天飛機載着AMS-01飛行10天，收集了100小時的數據，證明了太空探測高能粒子的可行性和優越性。丁肇中開始着手阿爾法磁譜儀AMS-02的宏偉計劃：耗資20億美元，由16個國家60個研究機構600位科學家共同參與，使用強大的超導磁鐵，安裝7個精密探測器，通過航天飛機安裝到剛剛興建的國際空間站上。

2011年5月16日，美國“奮進”號航天飛機攜帶着中國參與制造的阿爾法磁譜儀，從佛羅里達州肯尼迪航天中心發射升空。當阿爾法磁譜儀啓動時，瀑布般的數據流瞬時傳到歐洲核子研究中心。就是這些數據決定了丁肇中近20年的工作狀態：時時刻刻關注着太空上的阿爾法磁譜儀。

**記者：**今天早晨您是幾點起來的？

**丁肇中：**7點多鐘。因為阿爾法磁譜儀在國際空間站上，繞着地球，每93分鐘繞地球一次，速度很快，每一小時都不一樣，所以每小時、每分鐘都得有人看着，反應是什麼？跟所有的人達成了協議，有任何重要的事情一定得告訴我，所以我最初沒有了解，到了太空以後沒有星期六、星期天，沒有新年，沒有聖誕節，隨時隨地都在假想，什麼地方可能有錯誤？什麼地方有誤差？假使你知道的話，你可以把它處理一下，某一個儀器有錯誤你不知道那你結果就錯了。

**記者：**這個阿爾法磁譜儀如果説從2011年開始算起，在空間站開始工作的話？

**丁肇中：**今年差不多正好是12年。

**記者：**這12年每天、每小時、每分鐘都在回收着很多數據。對您來説，您是時時刻刻都在關注着它，還是就像您所説的遇到什麼重要的事情您才關注。

**丁肇中：**時時刻刻關注。

**記者：**您説基礎性研究要真的所謂的有用恐怕得三五十年，我們就從2011年開始算起，這個實驗到了天上開始算起的話可能要做很久才能有結果，您就算活到120歲，也得有告別這個世界的那一天，您可能看不到結果了，那您覺得遺憾嗎？

**丁肇中：**一點都不遺憾，比方説現在假使要到火星上去或者到月球上去，人一離開大氣層以後，離開地球磁場以後，有很多的宇宙線。以前對宇宙線的測量是很簡單的，結果我目前的發現宇宙線每小時、每天、每年都有很大變化，要是載人到火星上去長住，必須瞭解宇宙線是什麼？這就是現在就可以用的知識。

**記者：**這是您回答外界給您提出來的“有什麼用”一個最有説服力的回覆？

**丁肇中：**我不需要説服力。

“所謂失敗就是你結果是錯的”

**丁肇中：**就我來説我的實驗是我最重要的事情。我女兒和我兒子常常問我，整天白天晚上都在實驗室裏，我説因為我對這個很有興趣。

**記者：**您這一輩子做實驗沒有失敗過？

**丁肇中：**到現在還沒有，不代表明天不會失敗，不代表後天不會失敗。

**記者：**失敗意味着什麼？

**丁肇中：**所謂失敗就是你結果是錯的。我跟我們所有同事一直説，我們的實驗花了20年的時間，花了不少的經費和人力，大概今後二三十年不可能有人再做這樣的實驗，所以一定要做對。因為沒有人可以直接驗證我，一定影響物理的發展，所以有很多的結果到現在為止還沒有發表，沒有發表的原因就是我有懷疑，不是懷疑就是説覺得應該再仔細查一查。

“一個科學家要打破古人的觀念，才能向前走”