静下心来打基础——访中科院大连化物所分子反应动力学国家重点实验室主任杨学明
1999年和2000年,中国科学院大连化学物理研究所所长包信和两次到台湾,商讨引进台湾原子与分子科学研究所研究员杨学明博士的事宜。
杨学明1985年在大连化物所获得硕士学位,1991年在美国加州大学圣巴巴拉分校获得博士学位,先后在加州大学伯克利分校、普林斯顿大学、劳伦斯伯克利国家实验室等从事研究。他在国际化学分子反应动力学的基础研究领域已崭露头角,他设计出新型的分子束仪器,阐明了多项重要的化学模型反应,他的研究工作获得了多项国际奖项。2001年,杨学明出任大连化物所分子反应动力学国家重点实验室主任,国家重点基础研究规划项目(“973”项目)“化学反应的本质及其选项”的首席科学家。
“化学反应的本质及其选项”阶段评估日前在大连举行。会议期间,杨学明研究员就国内研究成果的评价方式、研究环境以及分子反应动力学的现状等问题接受了记者的采访。
分子反应动力学—化学研究的基础前沿领域
杨学明说,分子反应动力学是化学的前沿基础研究领域,它是应用现代物理化学的先进方法,在分子和原子的层次上研究不同状态和不同分子体系中的化学反应的动态过程,这些过程的研究对整个科学的影响是非常巨大的。杨学明认为分子反应动力学是一门基础学科,但同样有着广阔的应用前景。因为如果没有对分子反应、原子反应的基本认识,那么燃烧化学、大气化学就不可能存在。要治理、解决现在的大气污染问题,需要有很好的大气化学、分子反应动力学研究来提供技术支持。
杨学明说国内现在有一个严重的问题就是将基础科学与应用科学对立起来,认为做基础科学研究是没事找事。但事实并不是这样,基础科学完全是打基础,对以后应用所产生的效果是巨大的,这个基础是必需的,没有这个基础,科学包括技术发展的源动力就丧失了。
谈到国内分子反应动力学水平,杨学明说他认为国内在这方面发展的基础是不错的,但在国际上的水平不是很高。在国际上,分子反应动力学是在20世纪60年代发展起来的,国内是在20世纪70年代末和80年代初发展起来的。国内动力学的发展刚起步是有一个很大的发展,中间遇到了人才、仪器方面的“瓶颈”问题,最近几年整个动力学研究的形势有很大的变化,所以从总体来看是相当的不错。缺陷是国内动力学研究由于经费和人员相当缺乏,这个领域高水平的人员数量是还太少,他说经费问题不是官员们认为够不够,而是科学家们认为够不够,每个领域需要经费的程度是不一样的。
杨学明对这个领域还是很看好的,他说因为国家对整个基础科学投入增加得很快,无论是国内成长起来的科学家,还是从国外回来的科学家,都开始在这个领域做出不错的工作,让人觉得这一研究领域有希望,今后能有更好的发展。
给年轻人更好的发展机会
谈到为什么现在要回到大连时,杨学明说大连化物所给他的机会让他满意,他能够在现有的基础上做得更高、更宽泛、更深入的工作,他觉得现在在国内做出一流研究的环境已经有了。
杨学明认为国内化学分子反应动力学发展的大问题在于仪器的研发。动力学的实验研究领域所需要的所有仪器基本上都是自己研发的,如果仪器的研制和利用达不到最高水平,就限制了做出更好工作的机会,造成这一问题的原因是长期以来国内领域里的人对前沿技术了解或掌握得不够。方法和平台的建设非常重要,如果你的手段比别人先进,再加上好的、新的主意,就可以比别人做出更高水平的工作。
杨学明说他现在的希望是做出更高水平、更有影响力的工作,能将实验室带上一个更高的台阶,在国内找到一批志同道合的同行,将这个领域的研究做到更高水平。
那么需要怎样的努力才能在国际学术界占一席之地呢?杨学明认为,最重要的是国家对年轻人的培育,他认为老一辈科学家做的研究非常重要,但如果要将分子反应动力学研究推到一个更高的台阶,需要有一批在该领域里有实力的科学家才能做到。中国在整个发展过程中确实与国际先进水平有一定的差距,国家在引进人才方面也做了很大的努力,但在吸引国外一流人才回来从事基础领域研究方面还是有一定的困难,这也是提升我国基础研究水平的最大障碍。杨学明认为要吸引到高水平的人,就应该给他做出最高水平工作的机会。他说现在中国科学院的“百人计划”、国家自然科学基金委的“杰出青年”项目都做得不错,问题是这些人回来以后能不能给他们更好的机会去发展?这是最大的问题。
做基础研究要静下心来
针对目前国内强调将科学技术转化为生产力,从事基础研究有坐“冷板凳”之嫌的现象,杨学明认为国内是过分强调了生产力的转化。他说利用科学技术来发展生产力无可厚非,但这样做往往将科学和技术对立起来。事实上,科学和技术都是相互支撑的,不是对立的。对中国来说,研究的基础相对比较薄弱,要真正成为世界一流的强国,研究水平一定要达到世界一流。
杨学明认为做基础研究的人要自己能耐得住,静下心来做事情,但静下心来坐冷板凳并不是说让人没有办法生存下去,这是两回事。不怕坐冷板凳要有一个基础,要能生存下去。过分强调生产力的转化会影响到基础研究的持续发展,如果将研究资源都集中到一两个研究领域上,可能就将会影响到其它领域,这个负作用会在四、五年或十年后体现出来,这对国家科学事业未来的发展是很危险的。
谈到目前国内强调论文的发表以及发表期刊的影响因子问题,杨学明说,对做基础研究的人来说,将研究结果发表是天经地义的事,否则别人怎么知道您的工作呢?管理层强调发表在高影响因子的期刊上,总体上他认可,因为科学最终的目的是要影响领域和科学未来的发展。但在具体的评价方面,他并不认可用简单、简约的方法进行评价,比如说一定要发表在《科学》、《自然》、《物理学评价快报》上等,科学工作是否重要关键要看这项工作对领域的发展、影响有多大?或解决了什么重要的问题。真正的评价就是看这些方面,最好的工作不一定是发表在最高级的期刊上,过分追求这种自设的要求会变得肤浅,不是一种真正的态度,不完全符合科学规律。
杨学明认为,在一个学科里有一个健康学会的存在,对这个领域的研究工作会有一个比较客观公正的评价。国内研究领域的人数不够,没有办法支撑一个自我评价、约束、规范和公平的团体,因此往往由外行用一个简约的方法来评价。他说中国科学有一个解决办法,就是将中国的基础研究放在世界平台上来做,第一,这样可以提高中国科学的显示度,第二整个国际科学界相对来说比较公正,真正高水平的工作是要由同领域的高水平专家来评估;科学有一种传统、有一种体系在里面,但它没有一个统一的标准,所以也只有让同行来评议。如果国内的同行不够,可以请国外的同行进行评价。
文章来源:《科学时报》本报记者:王丹红 2003-12-29
静下心来打基础——访中科院大连化物所分子反应动力学国家重点实验室主任杨学明
1999年和2000年,中国科学院大连化学物理研究所所长包信和两次到台湾,商讨引进台湾原子与分子科学研究所研究员杨学明博士的事宜。
杨学明1985年在大连化物所获得硕士学位,1991年在美国加州大学圣巴巴拉分校获得博士学位,先后在加州大学伯克利分校、普林斯顿大学、劳伦斯伯克利国家实验室等从事研究。他在国际化学分子反应动力学的基础研究领域已崭露头角,他设计出新型的分子束仪器,阐明了多项重要的化学模型反应,他的研究工作获得了多项国际奖项。2001年,杨学明出任大连化物所分子反应动力学国家重点实验室主任,国家重点基础研究规划项目(“973”项目)“化学反应的本质及其选项”的首席科学家。
“化学反应的本质及其选项”阶段评估日前在大连举行。会议期间,杨学明研究员就国内研究成果的评价方式、研究环境以及分子反应动力学的现状等问题接受了记者的采访。
分子反应动力学—化学研究的基础前沿领域
杨学明说,分子反应动力学是化学的前沿基础研究领域,它是应用现代物理化学的先进方法,在分子和原子的层次上研究不同状态和不同分子体系中的化学反应的动态过程,这些过程的研究对整个科学的影响是非常巨大的。杨学明认为分子反应动力学是一门基础学科,但同样有着广阔的应用前景。因为如果没有对分子反应、原子反应的基本认识,那么燃烧化学、大气化学就不可能存在。要治理、解决现在的大气污染问题,需要有很好的大气化学、分子反应动力学研究来提供技术支持。
杨学明说国内现在有一个严重的问题就是将基础科学与应用科学对立起来,认为做基础科学研究是没事找事。但事实并不是这样,基础科学完全是打基础,对以后应用所产生的效果是巨大的,这个基础是必需的,没有这个基础,科学包括技术发展的源动力就丧失了。
谈到国内分子反应动力学水平,杨学明说他认为国内在这方面发展的基础是不错的,但在国际上的水平不是很高。在国际上,分子反应动力学是在20世纪60年代发展起来的,国内是在20世纪70年代末和80年代初发展起来的。国内动力学的发展刚起步是有一个很大的发展,中间遇到了人才、仪器方面的“瓶颈”问题,最近几年整个动力学研究的形势有很大的变化,所以从总体来看是相当的不错。缺陷是国内动力学研究由于经费和人员相当缺乏,这个领域高水平的人员数量是还太少,他说经费问题不是官员们认为够不够,而是科学家们认为够不够,每个领域需要经费的程度是不一样的。
杨学明对这个领域还是很看好的,他说因为国家对整个基础科学投入增加得很快,无论是国内成长起来的科学家,还是从国外回来的科学家,都开始在这个领域做出不错的工作,让人觉得这一研究领域有希望,今后能有更好的发展。
给年轻人更好的发展机会
谈到为什么现在要回到大连时,杨学明说大连化物所给他的机会让他满意,他能够在现有的基础上做得更高、更宽泛、更深入的工作,他觉得现在在国内做出一流研究的环境已经有了。
杨学明认为国内化学分子反应动力学发展的大问题在于仪器的研发。动力学的实验研究领域所需要的所有仪器基本上都是自己研发的,如果仪器的研制和利用达不到最高水平,就限制了做出更好工作的机会,造成这一问题的原因是长期以来国内领域里的人对前沿技术了解或掌握得不够。方法和平台的建设非常重要,如果你的手段比别人先进,再加上好的、新的主意,就可以比别人做出更高水平的工作。
杨学明说他现在的希望是做出更高水平、更有影响力的工作,能将实验室带上一个更高的台阶,在国内找到一批志同道合的同行,将这个领域的研究做到更高水平。
那么需要怎样的努力才能在国际学术界占一席之地呢?杨学明认为,最重要的是国家对年轻人的培育,他认为老一辈科学家做的研究非常重要,但如果要将分子反应动力学研究推到一个更高的台阶,需要有一批在该领域里有实力的科学家才能做到。中国在整个发展过程中确实与国际先进水平有一定的差距,国家在引进人才方面也做了很大的努力,但在吸引国外一流人才回来从事基础领域研究方面还是有一定的困难,这也是提升我国基础研究水平的最大障碍。杨学明认为要吸引到高水平的人,就应该给他做出最高水平工作的机会。他说现在中国科学院的“百人计划”、国家自然科学基金委的“杰出青年”项目都做得不错,问题是这些人回来以后能不能给他们更好的机会去发展?这是最大的问题。
做基础研究要静下心来
针对目前国内强调将科学技术转化为生产力,从事基础研究有坐“冷板凳”之嫌的现象,杨学明认为国内是过分强调了生产力的转化。他说利用科学技术来发展生产力无可厚非,但这样做往往将科学和技术对立起来。事实上,科学和技术都是相互支撑的,不是对立的。对中国来说,研究的基础相对比较薄弱,要真正成为世界一流的强国,研究水平一定要达到世界一流。
杨学明认为做基础研究的人要自己能耐得住,静下心来做事情,但静下心来坐冷板凳并不是说让人没有办法生存下去,这是两回事。不怕坐冷板凳要有一个基础,要能生存下去。过分强调生产力的转化会影响到基础研究的持续发展,如果将研究资源都集中到一两个研究领域上,可能就将会影响到其它领域,这个负作用会在四、五年或十年后体现出来,这对国家科学事业未来的发展是很危险的。
谈到目前国内强调论文的发表以及发表期刊的影响因子问题,杨学明说,对做基础研究的人来说,将研究结果发表是天经地义的事,否则别人怎么知道您的工作呢?管理层强调发表在高影响因子的期刊上,总体上他认可,因为科学最终的目的是要影响领域和科学未来的发展。但在具体的评价方面,他并不认可用简单、简约的方法进行评价,比如说一定要发表在《科学》、《自然》、《物理学评价快报》上等,科学工作是否重要关键要看这项工作对领域的发展、影响有多大?或解决了什么重要的问题。真正的评价就是看这些方面,最好的工作不一定是发表在最高级的期刊上,过分追求这种自设的要求会变得肤浅,不是一种真正的态度,不完全符合科学规律。
杨学明认为,在一个学科里有一个健康学会的存在,对这个领域的研究工作会有一个比较客观公正的评价。国内研究领域的人数不够,没有办法支撑一个自我评价、约束、规范和公平的团体,因此往往由外行用一个简约的方法来评价。他说中国科学有一个解决办法,就是将中国的基础研究放在世界平台上来做,第一,这样可以提高中国科学的显示度,第二整个国际科学界相对来说比较公正,真正高水平的工作是要由同领域的高水平专家来评估;科学有一种传统、有一种体系在里面,但它没有一个统一的标准,所以也只有让同行来评议。如果国内的同行不够,可以请国外的同行进行评价。
文章来源:《科学时报》本报记者:王丹红 2003-12-29
中科院杰出成就奖获得者杨学明
3月26日,在同行敬慕的目光中,一位中年人从全国人大常委会副委员长、中科院院长路甬祥手中接过了“2007年中科院杰出成就奖”奖章,成为该奖项的唯一个人获奖者。
他,就是来自大连化学物理研究所的研究员杨学明,年仅45岁。
求解?归国
闪亮的奖章“含金量”不低:经过10多年潜心研究,杨学明和同事连续在《Science》和《Nature》上发表6篇学术论文,破解了30年悬而未决的世界级科学难题——“在量子水平上观测化学反应共振态”。
“反应共振态”是化学反应中特殊的量子过渡态,如果能捕捉到这一现象并掌握其规律,就可以更深入地认识化学反应的本质,预测和控制各种各样的化学反应。上世纪70年代初,美国科学家就做出推测:在氟加氢分子反应中有可能存在反应共振现象。30多年来,许多世界顶尖科学家,想尽了各种方法,试图捕捉这一只有短短几百飞秒(1飞秒等于1千万亿分之一秒)的“回眸一笑”,但始终没有获得满意的结果。
中等个头的杨学明戴一副黑边框眼镜,留一撮小胡子,穿一身休闲装;有些灰白的头发和孩子般灿烂的笑容形成鲜明的反差。
“您是如何解决这一世界难题的?”面对记者的提问,杨学明笑了:“可能是我的运气比较好吧。”
当然,事实远非“运气”这么简单。
早在上世纪80年代末在美国加州大学攻读博士学位时,杨学明就盯上了这一世界性难题。为实现自己的科学梦想,他于1993年加入了加州大学伯克利分校的研究团队,后来又成为台湾一家研究所的终身职研究员。
然而,出人意料的是,杨学明在2001年做出决定:回到他读硕士学位的大连化物所。为此,他放弃了许多人求之不得的美国国籍。
重担?探索
“当时回来的原因很简单——我感觉到大连化物所的工作能让我的科学研究的道路更加宽广,这里有很好的实验条件,而且有更丰富的人才资源。”杨学明坦率地说。回到大连化物所后,他挑起了分子反应动力学国家重点实验室主任的担子。
“原来这里只有一层楼是实验室,现在新盖的两层楼都已经满了。”杨学明边走边介绍。4套主要实验仪器,都是他自己设计的,包括我国第一台“氢原子里德堡态飞渡时间谱仪”,它的探测灵敏度、飞渡时间分辨率以及角度测量范围等各项指标均达到世界领先水平。
“与很多科学家不一样,杨学明非常擅长自己设计、研制精密的科学仪器。”他的同事戴东旭研究员告诉我们,杨学明回到大连化物所后做的第一件事,就是设计、研制研究用的实验仪器。
“杨学明不仅亲自设计、制图,还到工厂里指导师傅们做,在做的过程中进一步优化设计。要是没有这几套精密仪器,就很难取得现在的研究成果。”
“共振”?幸福
实验室里,杨学明的团队成员正在埋头做实验。说起自己的老师,杨学明的博士生任泽峰非常自豪,“老师大部分时间都泡在实验室里,和我们一起做实验、讨论问题。提出新点子,他会拍拍我们的肩膀鼓励道:‘这个想法很有意思!’”
在杨学明的研究团队中,还包括曾获得新加坡最高科技奖的张东辉等理论学家。杨学明非常注意实验数据和理论研究的结合,有了实验数据之后,他不是急着发表论文,而是把实验结果与理论研究结合起来,与张东辉等理论学家合作,深入求证并解释有趣的实验现象。他常说:“基础研究的成果如果封闭起来,科学便无法进步。”
谈到今后的打算,杨学明笑着说:“当然还是继续研究了。捕捉到反应共振现象只是初步的成果,我们还将继续研究共振态之间的干涉效应、同位素效应对化学反应共振的影响,以及氟原子激发态的非绝热动力学对反应共振的影响等课题——这些基础研究对于揭示化学反应的本质和实际应用,都非常重要。”
一辈子做实验不觉得太枯燥、太辛苦?
“做实验的确比较单调、辛苦,但只要你喜欢、有兴趣,就完全不觉得累了。”杨学明说,“其实一个人一辈子能干成一两件事就很好了。如果你能有条件做自己喜欢的事,那是世界上最幸福的。”
文章来源:《人民日报》2008-04-03
攻克世界难题的德清籍科学家杨学明
2008年春天,中国科学院2007年度杰出科学成就奖授予了一名个人和6个科研集体。这名惟一的个人奖获得者就是德清籍的科学家杨学明。多年来,杨学明在化学反应动力学上的成果受到了学术界广泛关注和高度评价,是我国重点基础研究发展规划“973”项目首席科学家。现任中科院大连化学物理研究所研究员、博士生导师、分子反应动力学国家重点实验室主任。笔者特地电话采访了他,还通过其中学老师的口述,科学家杨学明的形象在我脑中渐渐变得生动鲜活了。
以中国的名义公布科研成果
杨学明1982年考入了中科院大连化学物理研究所,师从我国著名化学家张存浩和朱时清教授,并开始走上科学研究的道路,1985年获得理学硕士学位。
1986年,杨学明进入美国加州大学圣巴巴拉分校化学系,1991年获哲学博士学位。1991至93年,他在美国普林斯顿大学化学系做博士后。1993至95年在美国加州大学伯克莱分校化学系及美国劳伦斯伯克莱国家实验室做博士后。应诺贝尔化学奖获得者李远哲教授的邀请,杨学明在台湾中央研究院原子与分子科学研究所任副研究员,并成为终身研究员。
杨学明在科学研究的道路上走得比较顺利,这跟他所处的环境有关。无论在中国还是在美国,他遇到的都是一流的科学家。他们对科学的痴迷,对科学研究充满兴趣,潜移默化影响了他。杨学明说:“在美国求学期间使我真正学会了独立做研究的能力,给了我一种冲击科学前沿的信心和能力。这是我今后研究工作的一个重要基础。”
2001年杨学明回到祖国大陆,担任中国科学院大连化物所研究员、分子反应动力学国家重点实验室主任。在短短的6年时间内,杨学明带领他的科研团队步入国际先进行列。他和他的团队取得的科研成就“在量子水平上观察到化学反应共振态”和“发现波恩—奥本海默近似在氟加氘反应中完全失效”,分别入选2006年度和2007年度中国十大科技进展。他的研究成果突破解决了30多年来化学研究中一个悬而未决的国际公认难题。2006年他被选为美国物理学会会士。
杨学明还曾经获得海外华人物理学会亚洲成就奖、国家杰出青年基金等。
他说,他深深地体会到“科学无国界,科学家有国籍”这句话的深刻含义。他就是想把自己的技术和成果以中国的名义公之于世界。
游弋在学科领域最前沿
在实验室里,杨学明经常和研究生讨论问题。他常挂在嘴边的一句话是:“嗯,这个很有意思。”兴趣,正是他从事科研的基础。
杨学明认为在科研上有很好的想法,并能作深入的研究,这就是自己人生的追求。他经常很晚才离开实验室,没有人逼迫你这么做,因为自己有兴趣才会这么做,如果有兴趣就不觉得累了。
杨学明对国际上的同行十分熟悉,并且建立了很好的合作交流氛围,能够很快捕捉他们的想法,作他们想不到的研究。
“跟他们接触对我很有帮助,尤其是做研究做得好的人,大家都很投入,整天都在想问题。经常在国际会议上碰到同领域的专家,有不懂的问题就去问他们。他们也不会做的话,这个问题就很有意思,值得去探索。”杨学明说。
凭借着对学科前沿领域科学问题的精准把握,以及在实验领域独到的设计能力,杨学明往往能够获得高水平的实验数据。同时,杨学明特别注意与优秀的理论学家合作,形成良性互动,使实验和理论能够在最高水平上结合起来。
“成功的关键,就是对科学问题进行深层次的思考和研究。对我来说,最好的工作可能就是整天在实验室里面,和学生一起讨论问题。”杨学明说。
在大连化物所,杨学明对实验精益求精、一丝不苟是出名的。
2006年杨学明带领团队“啃”下了“F+H2反应”这块硬骨头,但整个探索过程充满艰辛、坎坷。当大家通过不懈的努力克服一个个难点,使分辨率有所提高并获得了不错的实验数据时,一般人都有“松了口气”的感觉,认为“可以写文章了”。而杨学明对结果还不满意,认为分辨率还需提高,有些地方还待改进。
于是整个团队马不停蹄,继续战斗。他们深入钻研,进一步搞清了放电过程,重新精确确定了交叉分子束碰撞角度。经过数月的努力,终于使新装置的分辨率得到了显著提高,在杨学明的严格把关下,课题组获得了该反应的全量子态分辨谱,实验数据达到了国际上有分子束技术以来的最好水平。在杨学明主持下,这一突破性成果被撰写成论文,很快在国际权威刊物《Science》上发表。2006年杨学明本人也被美国物理学会选为会士。
他的口头禅有两句,除了“嗯,这个很有意思”,另一句是:“要做就要做得最好。”
做别人没有的仪器
杨学明一提到实验室的科学仪器,就立刻精神焕发。“几乎所有的实验用仪器都是我自己设计的。”他骄傲地说。
“你能做出别人没有的仪器,就能看到别人看不到的现象,得到别人得不到的结果。”杨学明坚信,做实验研究的人如果做不了仪器,绝对做不出出色的研究。
与大多数人不同,杨学明乐于亲自设计仪器的技术图纸,时间长了,实验室里摞起了一大堆。他会到车间和工人们一块讨论,对制作仪器的每一个细节他都十分关注。对于仪器设计制造,杨学明总是不吝惜时间,而且保持着一份工匠般朴素的热情。
有一次,杨学明专程从台北驱车至新竹的一家机械加工厂去看自己设计的仪器。他去了之后,原本应该工人做的对仪器进行超声波清洗、水洗、风干之类的工作,他都亲自去做。
“自己设计仪器很重要,必须把做实验的来龙去脉都想清楚,因为只有自己才最清楚实验对仪器精细程度的要求,才知道如何优化自己的设计。”杨学明说,“很多人做仪器没有成功的原因,就是图纸设计好了或者画个草图就给工厂,对于怎么做实验并没完全想透,最后仪器是做出来了,但用起来结果不一定很好。”
杨学明说,他坚持自己设计仪器的原因还在于,他想求解的科学问题所需要的仪器是买不到的,只好自己去做。
化学反应共振态研究是30多年来化学研究中的一个经典难题。从20世纪70年代初,美国科学家推测在氟加氢分子反应中可能存在这种反应共振现象以来,科学家们始终未能从实验中直接观测到它的存在。杨学明在美国读研究生的时候就密切注意这一领域的研究动态,直至回到分子反应动力学国家重点实验室时,他决定向这个“世界级难题”发起冲击。
2004年11月,新建造的里德堡态飞渡时间谱仪通过了中科院验收。杨学明亲自完成仪器的关键部分——真空腔体和分子束反应器的设计,并与同事一起对主要部件进行优化。正是借助本领域这一最得力的实验手段,杨学明团队旗开得胜,于2004年底在新装置上首次获得了氟加氢反应产物转动分辨的微分反应截面,完成了一个极具挑战性的课题。该成果发表在2005年1月于美国召开的国际高水平学术会议———高登(Gordon)会议上。同样在这台仪器上,杨学明团队不断优化提高装置的分辨率,并最终成功观测到氟加氢反应的全量子态分辨谱,观测到反应共振态,取得的实验数据达到了有分子束技术以来的历史最高水平。
目前,杨学明自己设计制造的科学仪器已达7台,放满了整整一层实验室。在杨学明的影响下,他的学生也迷上了亲自动手设计制造科学仪器。
当有人询问这些填补国内空白的仪器是否进行了知识产权保护时,杨学明斩钉截铁地说:“不需要保护,反倒希望更多人应用。基础研究领域的成果如果封闭起来,科学便无法进步。”
德清下舍———成长的摇篮
1974—1978年,杨学明在当时的德清县“下舍五七中学”读完了初中和高中(初中、高中都是两年制)。我在采访其高中班主任陈朝晖老师时,对他如此评介:杨学明好不容易才争取到了上高中的机会,所以他很珍惜,学习上也是爱钻研、肯吃苦。杨学明参加体育活动和劳动都很积极,与同学相处也很融洽,是一个品学兼优的好学生。
杨学明的高中物理老师王新泉说:印象中杨学明在听课时,参加活动时都是一副笑眯眯的神情,他对化学、物理都很感兴趣。比较突出的一点就是听课、做作业、考试都显得很轻松,而且在考试时答卷的速度很快,常常要比同学们早半个多小时答完,还经常拿满分。王老师还说,杨学明对家乡、对老师、对同学是怀有深厚感情的,记得有一次,他需要一本教学参考资料,托正在浙师大读书的杨学明帮助寻找。没多久,杨学明就把书寄来了。前几年学生们搞过一次同学会,当时杨学明远隔重洋在美国,但还是不辞劳苦赶回来参加聚会。
陈月鸣老师曾教过杨学明初中、高中阶段的化学,她回忆说,杨学明学习很刻苦,尽管他家离学校很远,但他上学从不迟到。让她印象最深的是,杨学明还在上初中时,有一次上数学课老师没来,她就说:“杨学明,你去给同学们上一课吧。”结果,杨学明真的像模像样地给同学们上了一堂数学课。
杨学明回忆中学时代时说:陈月鸣老师对于我最终选择从事与化学相关的研究起到了非常关键的作用。在中学时,我对化学特别感兴趣,这与陈老师对我的关心和鼓励有很大的关系。虽然我高考时由于某些原因化学没有考的很好,大学念的是物理学,但是在中学时代我对化学的兴趣使我最终选择了与化学相关的研究领域作为我的职业。王新泉老师是我高中的物理老师,教书育人非常认真,他对我物理课的学习有非常大的帮助。而今天我所从事的正是化学和物理交叉学科的研究,这与当初打下的基础和兴趣有密切的关联。
虽然我在上中学时还很幼稚,但是我对老师们的关心和爱护是记忆犹新的。在初、高中时期,我其实是一个不太自信的学生,许多老师给了我很大的鼓励,特别是班主任陈朝晖老师,他对我的学习和其他方面给予了许多帮助和鼓励。陈老师对于我的要求也是很严格的。记得有一次,由于我没有认真书写毛笔字,被陈老师叫到办公室。正是因为陈老师的这种帮助,使得我一直很喜欢书法。
杨学明还满怀深情地说,在我的心目中,陈月鸣老师更是一位慈母般的老师。在我毕业高考复习期间,我住在学校复习。有一次,我穿的衬衣被我用开水给泡的非常皱,不知道该怎么办,非常着急。陈老师知道后,主动帮我将衬衣洗干净,并用熨斗将我的衬衣烫好。当时我觉得非常神奇,内心非常感动。也许陈老师已经不记得这件事,但这事对我的触动非常之大。此外,其他许多老师如王新泉老师、蔡业老师等在我中学时期都给过我许许多多的关心和帮助,我的中学时代留下了许多美好回忆。
无数在外的德清游子、莘莘学子为家乡和老师赢得了莫大的荣誉和骄傲,这也是一笔宝贵的精神财富,值得我们珍藏。
文章来源:《德清新闻网》 2010-08-05
“海归”杨学明
2001年之夏,他从海峡彼岸走来了。在“海外漂泊”了十几年的青年科学家杨学明,重新回到了这块既熟悉又有些陌生的土地。熟悉,因为这里是他曾经获得硕士学位的地方;陌生是因为它的巨变又使杨学明感觉自己仿佛来到一个新的城市。大连变了,化物所变了…所有这一切让他这位“海外游子”感慨万分…。
他的梦想曾经从这里起飞,1985年获硕士学位后,他离别大连赴美深造,在异国它乡“一晃”就是整整10年。在那里,他获得了博士学位,并在美国普林斯顿大学、加州大学劳伦斯伯克利国家实验室度过了“博士后生涯”,导师是1986年诺贝尔化学奖得主李远哲教授。此时的杨学明已在国际分子反应动力学的基础研究领域崭露头角。1995年底,他去了台湾“原子与分子科学研究所”,继续他的科研生涯。
无论是在美国还是在台湾,他始终奉行“研究是我人生的追求”这一信念,他潜心做学问,苦心钻研,精心设计出一台台新型的分子束装置,阐明了多项重要的化学反应模型,并将一个个国际奖项----------美国JILA 访问学者奖、国际ISI的经典引文奖、国际自由基会议布洛伊达奖等收入囊中。
1999、2000年,他的两篇重头文章陆续在国际顶级学术刊物《Science》上登出……。
此时的他,事业如日中天,且手中还握有美国绿卡,然而就在2001年,他做出了一个令人深感意外的决定,这或许是他一生中最重要的抉择----------“放弃”美国、离开台湾,奔向大连。他为什么“突然”把目光转向了祖国大陆? 那是这片科研热土在召唤他,是化物所提供的科研大平台在吸引他。他似乎听到了“改革开放、自知识创”那强劲的脚步声,他深感“在国内做出一流研究成果的环境已经形成了……。”杨学明认为,化物所给他的机会令他满意,使他有条件在现有的基础上把科研工作做得更高、更广、更深。
杨学明是带着“想法”回来的,他早就盘算好了:“回大连后第一项实验就是研究氟加氢反应共振态”。
可以说,“共振态”吹响了杨学明向“国际前沿”进军的号角……,从此他一发不可收,成果接二连三,“杨学明团队”已在国际分子反应动力学领域占有了重要的一席之地。
“化学反应共振态”对大多数人来说是陌生的、遥远的,而对于杨学明来说,却是他头脑中经常出现的深感兴趣的“科学难题”-----这是一种特殊的量子过渡态,控制着化学反应的速率、产物的分支比和量子态分布,对化学反应有极其重要的影响,但由于过渡态所经历的时间一般在飞秒时间尺度,而处于过渡态的分子复合物又具有复杂的量子态结构,因此从实验上观测过渡态是物理化学领域的一项重大挑战。20世纪70年代, 美国科学家根据理论计算,首先推测出氟加氢分子反应中有可能存在反应共振现象。随后的30多年时间,不断有实验科学家进行尝试,但由于诸多关键问题没有得到解决,所以始终未能从实验中观测到F+H2反应共振现象。 这30年来,无论理论还是实验均毫无进展。
杨学明是上世纪80年代中期在美国攻读博士学位时接触到氟加氢反应动力学的,他对前辈的工作有相当深入的思考。而在我国台湾工作时,他进一步接触到这个“热点”问题:“当时台湾原分所的刘国平研究员做了一个氟加氢化氘(HD)的反应,并在其中看到了共振现象,但并没有观测到氟加氢分子的化学反应共振态,使得这一共振态问题变得更加神秘和有趣。”这一科学问题的难度和意义深深吸引了勇于探索的杨学明,他决心破解这个困惑科学家几十年的“世界级谜团”……
杨学明将如何开始他的挑战呢?
很明显,商业用科学仪器和实验室现有装置均无法胜任杨学明想要开展的实验研究,而氢原子里德堡态飞渡时间谱技术结合精密的交叉分子束装置,恰恰是探索这一类实验的最强有力的工具,目前国际上仅发达国家的少数几个实验室拥有这类仪器并用于动力学研究。杨学明不仅是科学研究的高手,而且还是一个“研制仪器专业户”,在他十多年的科研生涯中,已有6台大型国际一流实验装置出炉,现在他决定填补国内空白、向难度更大的“氢原子里德堡态飞渡时间谱仪”发起进攻。他的建议得到了大连化物所的支持和中科院强有力的经费资助。
杨学明亲自设计仪器的关键部位----------主真空腔体, 并对仪器各部件进行了一系列独具匠心的改进,使它与国际上类似的仪器相比较,具有明显的优势和独到之处。2004年10月新装置通过了中科院组织的专家组验收,并获得好评。
文章来源:《新华网》2009年10月10日
穿插于物理与化学之间- 访“化学反应的本质及其选控”项目组
记者:房琳琳
时间:2006年8月18日
地点:自然基金委某国际项目答辩现场
恰逢“化学反应的本质及其选控”项目首席杨学明来北京,参加完自然基金委的国际合作项目答辩,他接受了记者的采访。
杨学明从大连化物所念的硕士,后到美国读博士、博士后,师从诺贝尔奖获得者李远哲,在台湾完成了从学生到独立研究者的蜕变,并在国际上建立了自己的声望。
2001年,他回到大连化物所,带领科技部973项目“化学反应的本质及其选控”的研究团队,共同攀登化学反应动力学的基础研究高峰。
记者:化学反应动力学是一门怎样的学科?
杨学明:自从Hershbach、李远哲、Polanyi因对分子反应动力学的杰出贡献而获得1986年诺贝尔化学奖以来,分子反应动力学得到了蓬勃发展。对化学反应的研究已经深入到原子分子的层次,细致到量子态。
化学反应是化学的灵魂和化学学科的基础。化学反应的本质是指化学反应是怎样发生的。化学反应的选控,是研究如何控制化学反应。研究这些问题有着重要的科学意义,同时基础科学的研究也可以为现实世界中的问题提供解决方案。
记者:能举几个例子吗?
杨学明:我认为最为成功的例子,就是对氟利昂的全球化控制。这对臭氧层的保护意义非常重大。
因为冰箱里面的制冷剂氟利昂不会分解,制冷效果又好,所以在最开始应用时,人们非常高兴。但后来发现散发到大气中去后,氟利昂会破坏高空臭氧层,这对人类伤害极大。
1984年,《蒙特利尔协议》签订,大家都知道,如果破坏了臭氧层,人类就没有办法活下去了。所以在科学家的呼吁下,进行了全球化的抵抗氟利昂的行动。
现在有了氟利昂的替代品,如用氢取代的物质,它的活性比较强,在跑到高层之前大部分就也被破坏掉了,因此不会对高空臭氧层造成很大的破坏。研究臭氧层破洞的美国和德国科学家因此获得了诺贝尔化学奖。这在我们领域里面是非常经典的例子。
还有一个例子,当航天飞船进入轨道,太空环境中有非常稀薄的氧原子,当航天飞船的速度非常快时,其表面会与氧原子发生何种反应,这种反应的破坏性如何,都需要去做基础研究。
记者:化学分子反应动力学是一个怎样的交叉学科?973项目的支持对学科的发展有什么意义?
杨学明:化学有很多的领域,比如材料化学、有机化学、无机化学、药物化学等等,其中每个领域都与日常生活多多少少有关系。
分子反应动力学是一个交叉学科,因为它应用的方法和技术都是很接近物理的,物理和化学的交叉非常深入。
以前,我国在这个领域的研究还是比较薄弱的。1999年该项目第一次列入到973计划里,对学科的发展起到了相当重要的作用。以前,这个领域的研究力量各自为战,就像一盘散沙。有了973项目这个平台,整合了各方面的力量,进行合作研究,科学家们也能相互鼓励和帮助。这对于推动我国相关的研究工作是非常重要的。
记者:5年来,成绩如何?
杨学明:在观察氢原子和氢分子过渡态中的量子结构的研究方面,有了非常大的进展。在《科学》和《自然》上分别发表了一篇论文。
过渡态本身的观测是非常重要的,就是要了解在什么情况下能看到,其反应过程是怎样的。这是最简单的化学反应,却不一定能说清楚。尽管一些实验和理论研究给出了一些解释,但是细致的机理仍然不清楚。所以在基本概念上得到澄清,是很重要的。发表在《自然》上的那篇文章,就是给出了其类似于反应的共振现象不是由于共振态引起的,而是由于量子化的势垒型过渡态所引起的。
《自然》审稿人的评语是:“我认为这是一篇非常重要的论文,其研究成果会引起各种学科里的人的直接关注,特别是在化学和物理的各个领域……(实验上)如此高的分辨率以及理论与实验之间如此的符合,甚至在5年之前还仅仅是人们的梦想……”
此外,还有一个氟加氢的反应,我们发现氟化氢处在很高的激发态,只要有足够高的浓度,就能产生化学激光,这个机理的研究,能成为教科书里的经典案例。今年3月份,成果发表在《科学》上。
项目实施5年来,共发表论文544篇,其中国际378篇。SCI收录了529篇,EI收录7篇,收录率达到98.5%。
记者:项目组做了很多基础性的工作,比如说理解化学反应的特性。能再举一个例子吗?
杨学明:再比如化学激光,在美国它是被作为一种空间战略武器来研究,其化学机理的基础性问题就显得非常重要。
人们知道,激光就是把低能的分子打到高的激发态,粒子束就会产生激光。我们研究的是用化学的方法获得激光。其中,一个关键问题在于如何让化学样品有效脱水,因为水是一种淬灭剂,能导致化学反应不充分。
课题组发明了一种方法,做到了让样品有效脱水。这种原创性的方法,会给该领域的研究带来具大的推动作用。
记者:除了厘清概念,项目研究有没有面向实际生产和生活的课题?
杨学明:“面向大气化学和燃烧化学的自由基和光解离反应动力学研究”就属于这类。
我们现在面临一个非常重要的问题,就是大气污染。一个是工厂里面排出来的二氧化硫、一氧化碳等,另一个是汽车尾气里面排出来的氮氧化物。与光照反应后,形成各种危害。我们研究这种反应机理,可以在有害气体排出来之前,让它产生别的化学反应,把有害气体处理掉。现在有了一些这样的技术,但是还需要更深入的基础研究做支持。了解这些大气中的化学物质在不同的温度、湿度等条件下,究竟会发生什么不同的反应,这对生产和生活有很现实的指导意义。
我们实验室的所有设备都是自己设计的,因为只有做好了仪器设备,我们才能做更高水平的工作。我们实验室现有的研究交叉分子束反应动力学的里德堡态氢原子飞渡时间谱装置以及高分辨成像装置都是我们设计的。
研究过程中,技术和方法上的创新是最重要的一个方面。我经常跟我的学生说,只有掌握了先进的实验技术方法,你的研究工作才能在国际上得到广泛的认可。
记者:是不是从某种程度上讲,化学的创新就是技术手段的创新?
杨学明:对,如果你有很好的技术,再加上有很好的思路,你就可能获得更多想要得到的信息。
我们知道“里德堡态氢原子飞渡时间谱技术”这种方法很好,但是把它应用到你的问题上,或者把它发展到极致,就很不容易。这需要依赖实验上的各种技术的配合,比如激光技术、分子束技术、电子技术等等,这些技术都非常关键,而其可靠性要求也非常高,每样东西的可靠率要在90%以上,否则你就成天要修理各种仪器了。
记者:除了设备还需要什么条件?
杨学明:除了好的设备以外,好的研究课题也是非常重要的。做研究你首先需要有一个非常明确的研究方向,并要找到好的研究课题。在我们实验室,一个好的实验一般要两三年才能做出来,所以想清楚今后几年做什么研究课题是一件非常重要的事。
我非常高兴我们有机会获得了科技部973项目的支持,使我们国家在这个领域的研究有了很大的进步。我也非常感谢科技部对我们973项目的支持,并希望今后还有机会获得这样的支持。
■编者按
“认识化学反应的本质对促进化学学科及其它物质科学和高新技术的发展有着深远的影响。”这是973计划“化学反应的本质及其选控”项目结题报告上开篇的话。虽然我们还不能完全明了化学反应的本质,但从这句话中,对于项目的意义也能体会一二。“以前,这个领域的研究力量各自为战,就像一盘散沙。有了973项目这个平台,整合了各方面的力量,进行合作研究,科学家们也能相互鼓励和帮助。这对于推动我国相关的研究工作是非常重要的。”首席科学家杨学明如是说。
文章来源:《科技日报》2006-08-23 |