科學家楊學明每一步的選擇都有點“江湖豪氣”。

研究了近10年分子光譜學的他，決定轉向研發(fā)科學儀器，開啟化學反應動力學研究，因為“做了很多的分子光譜工作，沒有找到讓自己激動人心的方向”。

研發(fā)科學儀器，楊學明有他的底線——不能跟別人一樣，要研制世界上最先進的科學儀器、要找到最好的實驗方法，做真正對本領域發(fā)展有意義的事。

挑戰(zhàn)化學反應中難以觀測的“圣杯”反應量子共振，被質疑、被否定，但他依然將其作為回國后獨立研究的堅定選擇。他說，這條路選對了。

他有自己堅持的科學信仰——人應該挑戰(zhàn)自己的能力和極限。

中國科學院院士楊學明成功挑戰(zhàn)了許多人仰望的“高山”——研發(fā)新一代高分辨率和高靈敏度量子態(tài)分辨的交叉分子束科學儀器，揭示化學反應中的量子共振現(xiàn)象和幾何相位效應。而這也讓60歲的他獲得了2022年8月頒發(fā)的未來科學大獎“物質科學獎”。

中科院大連化學物理研究所供圖

“敢闖的精神是他傳遞給我的”

《中國科學報》：您曾研究了近10年的分子光譜學，博士后期間決定轉向研發(fā)科學儀器，開始化學反應動力學研究。為什么會換“跑道”？在您看來，什么時候“換條路”是恰當?shù)臅r機？

楊學明：在高分辨光譜研究方面我做了很多工作，但一直沒有找到特別大的興趣點，沒有找到讓我很滿意或是激動人心的工作，這樣走下去好像有點不對路。

在美國普林斯頓大學就讀時，我雖然很清晰地認定要走學術研究這條路，但不知道如何走。因為覺得走的路不太對，就想不如先換個方向。在普林斯頓大學做了一年多博士后之后，有了機會。

1993年春天，一個偶然的機遇，我得到了在加州大學勞倫斯伯克利國家實驗室李遠哲教授實驗室利用同步輻射光源開展化學動力學研究的機會。

這個研究計劃非常新穎，是要研制一套全新的交叉分子束儀器，利用當時世界上最先進的第三代同步輻射光源開展化學反應動力學研究。而且這個計劃有充足的科研經費（80多萬美金），這對我來說是一個千載難逢的機會。

我當初的想法是，做幾年科學儀器研制工作，即使科學上沒有太大進展，做個好的工程師也不錯。

這是個轉折，我真正從分子光譜轉做分子反應動力學。但這也并不是特別大的跨越，有了分子光譜的背景去做化學動力學，我有優(yōu)勢，因為我對分子體系的量子結構有深刻的認識。

《中國科學報》：在一個研究方向上做了近10年，這時轉換方向是否太過冒險？

楊學明：轉研究方向肯定要冒一定風險。但是分子光譜、氣相及表面化學動力學研究，一直是我最感興趣的方向。

事實上，我在美國開始讀博士不久，曾有機會轉換“跑道”。一開始我跟第一位導師做分子光譜研究，但后來他對該研究沒了興趣，也就沒有經費繼續(xù)開展科研工作。當時我讀了兩年多，感覺要讀不下去了。

那時，我后來的博士生導師Alec Wodtke教授，來到加州大學圣巴巴拉分校化學系做助理教授，他當時非常年輕，才28歲。Alec Wodtke教授到來的第一天，我就向他表達了希望跟他讀博士的想法。他當時婉拒了我，但明白了我的心意后收下了我。

此番經歷對我來說很重要，因為我遇到了一位年輕而有活力的老師，他真正激發(fā)了我對科學的興趣。這位老師很有想法，也有創(chuàng)造力，那種敢闖的精神是他傳遞給我的。從那時起，我覺得做科學就是要有一種敢于挑戰(zhàn)自我的極限精神。這樣的精神對于做好科學研究很重要。

所以，我的經驗是，不要老盯著最有名的人，有時候跟著有活力的年輕老師反而可以學到更多，還可以與他一起成長和發(fā)展。

作為一名研究學者，那3年對我來說特別重要。我真正建立了獨立做研究的信心，開始嘗試和探索做一些難的、新的課題。

“沒有一流的科學儀器，很難產出一流的實驗成果”

《中國科學報》：化學反應中的量子共振現(xiàn)象和幾何相位效應被認為是化學動力學極難的挑戰(zhàn)，您能談談選擇這個方向的初衷及研究心得嗎？

楊學明：這是我最喜歡的研究方向，也是我一生中最重要的研究方向。

研究化學反應中的量子效應，最根本、最難的是在量子水平上觀測到化學反應中最詳細的信息，以及在實驗上實現(xiàn)高靈敏度和高分辨的探測。

這個過程中有具體的技術難點，還需要了解整個領域的發(fā)展趨勢。我在尋找科學問題的方向上思考比較多，比如為什么做這個方向。

我剛進入共振態(tài)領域時沒有這個概念，跟許多著名科學家交流時，也很少有人就共振態(tài)概念給出一個非常好的圖景，它的化學反應功能也比較模糊。共振態(tài)的概念究竟是什么？我想更清晰地研究它。

這是非常有挑戰(zhàn)性的方向，當初有很多人反對，包括我的頂頭上司和老師，但我依然非常堅定。后來，我的工作也說服了很多科學家。

我的想法是，要在領域里做一些有特色的研究，不是說想超越別人，而是我找到這個問題，并對這個問題的研究有獨到的貢獻，這大概是我一輩子做研究的原則。

《中國科學報》：您認為做科研該有什么樣的精神？

楊學明：做科研，應該要挑戰(zhàn)自己的能力和極限。

這是我從Wodtke教授那里得到的啟發(fā)。到現(xiàn)在我還記得，剛開始他就說，做科研的目標，是在科學領域里有所突破。他想證明在美國做教授的五六年里，能不能真的做出點創(chuàng)新的東西，如果不成功，以后到加油站工作也行，有一種破釜沉舟的感覺。當然，他現(xiàn)在做得非常成功。

我也是抱著同樣的想法，后來去臺灣地區(qū)“中研院”原子與分子科學研究所工作，想挑戰(zhàn)自己的極限。在這里6年，我建立了3套全新的科學儀器，同步輻射、通用型交叉分子束、氫原子探測，完全采用了3類不同的方法。這為我未來的研究工作打下了很好的基礎。

《中國科學報》：您認為自己能在科學上取得成就，主要因素是什么？

楊學明：做科研就要勇于挑戰(zhàn)未知。人很容易待在舒適區(qū)，但要真正做出一些有意義的研究，還是要挑戰(zhàn)不熟悉的領域、挑戰(zhàn)別人不敢挑戰(zhàn)的東西，雖然剛開始很困難。

舉個例子，我們在大連研制了大型極紫外自由電子激光科學研究裝置，這完全屬于物理領域，很少有從事化學研究的人敢做這樣的裝置。這時候我在大學時打下的物理基礎就發(fā)揮了重要作用，讓我敢于去做這件事。

膽子大一點，敢于去做！這件事情真的被我們做成了，當然這里面有很多辛苦和困難，但我覺得最重要的還是要敢想敢做，特別是開拓新的研究方向。

人類的發(fā)展史也是如此，創(chuàng)新思想是第一位的。在整個科學發(fā)展的環(huán)境里，這方面我認為強調得還不夠。

《中國科學報》：我們需要做哪些工作來更好地推動科學儀器的發(fā)展？

楊學明：科學儀器是我做科學研究的一個重點。我很早就意識到，沒有好的科學儀器，對于做前沿實驗科學的人來說是很大的問題。因此，我一直希望發(fā)展研發(fā)最好的實驗儀器，解決研究領域中重要的科學問題。

我個人覺得，我們對科學儀器本身的重視程度還不夠，比較強調結果，主要以論文為考核指標。但是沒有一流的科學儀器，很難產出一流的實驗成果。我們非常需要一批在各個領域能領先的科學儀器，這對于國家科技硬實力的發(fā)展尤其重要。

我們在很多領域只能跟著別人做，沒有真正掌握世界領先的實驗方法和發(fā)展最先進儀器的能力，導致很多“卡脖子”問題難以解決。

在科研經費中，真正從事儀器開發(fā)的比例并不高，很大一部分經費是購買國外儀器。我們應該投入更多資源來支持本土研究團隊從事先進科學儀器的研發(fā)。

科學儀器本身就是一個產業(yè)，發(fā)展得好，對科學和技術的推動作用很大。從科學發(fā)展史上看，一些重大科學突破是建立在新的儀器和技術發(fā)展基礎上的。

我很高興，國家已經開始把科學儀器作為一個重要領域來發(fā)展了。

“能真正做一些重要事情的時間很短”

《中國科學報》：您遇到的最大挫折是什么？您如何看待科學和人生中的挫折？

楊學明：多年前，我患了心臟方面的疾病，對我來說是一個挫折。因為我覺得一直在一個快速道上往前沖，突然要停下來，感覺很不適應，也感到人生其實不長，特別是能真正做一些重要事情的時間很短。以前我從來沒有這樣的想法。所以，我的一些想法變了，這件事也讓我有了更多的緊迫感，想去做一些更有意義的事情。當然，我對很多事情更坦然了，也希望有更多時間思考科學和技術問題。

《中國科學報》：您未來的計劃是什么？

楊學明：首先，當然是在交叉分子束科學儀器、化學反應中的量子共振現(xiàn)象和幾何相位效應領域繼續(xù)深挖，目標是能夠真正形成系統(tǒng)性的研究成果，能完成相關方向的專著，系統(tǒng)和深入地總結一下我們的研究工作。同時也希望把我們的研究工作系統(tǒng)地寫入動力學教科書中。

其次，進一步推動重大科學平臺的建設發(fā)展。我們在國家自然科學基金委的資助下，在大連建立了獨特的極紫外自由電子激光裝置，它在很多科學領域已經開始顯現(xiàn)出重要作用，進入了這個領域的國際前沿。未來我會更加積極地推動下一代極紫外和軟X射線自由電子激光技術的發(fā)展，推動我國在這一領域達到世界一流水平，并積極推動其在一些關鍵科技領域的應用。

另外，還有一個方向是我一直特別希望做的，就是把分子束技術真正與表面化學研究結合起來，研究表面化學反應的機理，真正在原子分子水平上研究表面化學動力學機理。特別希望它能夠幫助更多年輕人，并推動化學動力學領域達到更高的水平。