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张杰:科研最重要的就是兴趣和信心

发布日期:2022-02-15 07:07浏览次数:

2021年,张杰(前右)和他带领的超快电子衍射团队在实验室中合影。
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张杰:中国科学院院士,在激光聚变物理与高能量密度物理前沿研究中做出重要学术成就。2006年,48岁的张杰就任上海交通大学校长。在任职上海交大校长的10年间,他与同事们一起实施了一系列改革措施。他与科研团队研制了超短脉冲高能电子衍射与成像装置,实现了亚毫埃级的结构变化解析能力,并将超快电子衍射的时间分辨率提高到优于50飞秒,刷新了世界纪录。2021年,张杰获得2021年未来科学大奖“物质科学奖”。

 

育才、科研、管理,一直以来,中国科学院院士、中科院物理研究所研究员张杰的人生轨迹在这3种频道间不断切换,且都做得有声有色……

“人生的第一个物理实验,虽然失败了,但我学到很多”

年少时,张杰一家生活在内蒙古乌兰察布市集宁区。从小,他就对科学萌生了兴趣。有段时间,父亲没有工作,全家只靠母亲一人的收入维持生活。“为了帮妈妈减轻负担,爸爸提议让我和他一起来对‘懒鸡’的品种进行改良。”张杰说。

“懒鸡”个头大,饭量大,下的蛋也大。之所以被称为“懒鸡”,是因为它下蛋不积极。怎么才能让“懒鸡”变勤快?为此,父子俩钻研起来……

父子俩先试着将孵蛋箱放在热炕上加热,结果不理想;于是,又一起翻书查阅资料,然后悄悄用报纸把母亲装缝纫机的包装纸箱改造成了简易的保温箱,利用双金属片受热后弯曲程度不同的特点,制成了孵蛋用的“控温器”。

有了保温箱和控温器,张杰和父亲原本以为,成功孵出小鸡应该没啥问题了,没想到还是失败了,原因是控温器的温度响应曲线标定不够准确。

张杰说:“人生的第一个物理实验,虽然失败了,但我学到很多。”

孵小鸡失败后,父亲又带着张杰做过不少小实验,培养了张杰探究未知的浓厚兴趣。比如,生活中常见的煮饺子,就引起了张杰极大的兴趣。

“妈妈告诉我,煮饺子时,锅里的水一旦开始沸腾,就要加一点凉水,这样饺子才不会破。”张杰说,为了解开谜题,他不断观察、实验、思考,最后终于明白,原来这其中蕴含着气压、沸点、动能与势能等物理奥秘。

童年时期的这些经历,在张杰心底埋下了一颗热爱科学的种子,伴随着时间慢慢生根、发芽、茁壮成长……

“完成‘不可能完成的目标’,正是我们团队所追求的”

1985年,张杰进入中国科学院物理研究所,在王天眷和张道中老师的指导下,攻读博士学位,并选定“更短波长激光的产生”作为博士论文的主要研究内容。

激光是20世纪以来人类的一个重大发明。很长一段时期,大多数激光的波长都处于可见波段。张杰说:“如果能够在更短波长上实现受激辐射,使其成为X射线激光,就会给人类带来更大的贡献。”

张杰立志为实现这个目标不断努力。在1988年获得博士学位后,张杰远赴海外继续深造。最终,他与同事们通过长达8年的研究,先后多次打破世界纪录,将饱和X射线输出的最短波长从22纳米推进到5.8纳米。

1999年,张杰回到了中科院物理研究所做研究。为了节省费用,张杰常常从所里的库房淘一些还可以使用的旧设备和旧零件。虽然条件有限,但张杰和同事魏志义仅用了9个月时间,就建造出我国第一台太瓦级飞秒激光装置“极光一号”以及一批物理实验诊断设备。

在自主研制科研装置和设备的同时,张杰还带领团队在高能量密度物理和激光聚变物理领域不断探索,张杰说:“20多年前我就设想了‘双锥对撞点火’这一新型激光聚变方案的雏形。从理论上说,这个方案有不少优越性,但要在大型激光装置上实验验证这个方案的可行性,却非常不容易。”

直到2018年,在大型激光装置上的验证实验才具有了初步条件。从2018年至今,张杰带领团队已做7轮实验,张杰说:“这期间,我们通过调控激光与物质相互作用,发展了精确可控的强流超短脉冲高能电子束,并将其应用于一系列重要的前沿科学探索中。例如,研制了超短脉冲高能电子衍射与成像装置,实现了亚毫埃级的结构变化解析能力,并将超快电子衍射的时间分辨率提高到优于50飞秒,刷新了世界纪录。”

目前,张杰联合研究团队正在为第八轮实验做准备,并计划到2026年完成一共18轮大型实验。

张杰坦言,达到最终的目标有极大的难度,“但完成‘不可能完成的目标’,正是我们团队所追求的;我们联合研究团队的科研精神就是‘明知不可为而为之’。”

“无论做科研还是做行政管理,我都会投入百分之百的精力与情感”

2006年,48岁的张杰就任上海交通大学校长。在任职交大校长的10年间,他与同事们一起在上海交通大学实施了一系列改革措施,推动了学校的快速发展。张杰还抽出大量时间进行授课与开展教学方法改革。

张杰倡导,大学教学的主要目的是培养学生的思维方式。上课时他总是融合不同学科最前沿的知识,引导学生们“跨界”思考。比如,能否用植物光合作用来解释早期人类的聚集地问题,能否用热力学第二定律阐释人类文明发展与能量和技术进步之间的关系,等等。这样新颖独特的授课方式,让同学们很受触动。

很多学生活动中,都能看到张杰的身影。有一次,学生拍摄微电影,他非常高兴地客串了一把;学校建立赛艇水道时,他也兴致勃勃地给赛艇队做舵手。有时,他还会忽然出现在正在合影的学生背后,偷偷比手势,高兴得像个孩子……

2018年,张杰卸任行政管理工作。科学家、老师、行政领导,这一路走来,问及张杰更享受哪个角色?

他说:“无论做科研还是做行政管理,我都会投入百分之百的精力与情感。”

在张杰看来,科研最重要的就是兴趣和信心。“任何难题的突破都需要非常漫长的时间去探索,在到达终点之前,科学家必须有‘明知不可为而为之’的信心和毅力,才有可能在解决人类社会所面临的挑战和探索自然世界奥秘的道路上有所贡献。”

《 人民日报 》( 2022年02月14日 06 版)

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