中国科学院院士杨学明：一定要强调科学仪器的重要性

近日，2022未来科学大奖获奖名单正式揭晓。中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员、南方科技大学讲席教授杨学明获得“物质科学奖”。 多年来，科学仪器的设计和研发始终是杨学明科研生涯中的重要课题。他表示：“一定要强调科学仪器的重要性。只有发挥创造力，做真正独特的科学仪器，才有可能引领科技创新。” 实验科学发展离不开先进科学仪器 Q1：您正在推进的新一代高重频自由电子激光装置研制工作进展到什么阶段了？ 杨学明：前一阶段，我们主要推动了低重频极紫外自由电子激光的发展，这个装置还是相当成功的，是世界上唯一的极紫外自由电子激光用户装置，现在在科学应用方面有了相当大的进展。 目前，我们正在积极推动高重频自由电子激光技术发展，希望发展在极紫外和软X射线波段世界上最亮的光源。这一技术的预研工作，我们已取得了一定的进展，希望能尽快推进装置建设，大幅提升我国在先进光源技术方面的水平。 这个装置是基于超导加速器技术研制的，是目前国际上最先进的超导加速器装置，而且光源能达到相当高的亮度。如果建成的话，对未来的基础科学和产业应用都将有非常重要的影响。 Q2：您之前提到，我国研究团队对科学仪器研究的关注和重视很少，为什么这么说？ 杨学明：近年来，我国对科学仪器的重视程度已明显提升，但还没有达到理想状态。我认为有几个原因。 一是观念上还不够重视。对实验科学而言，没有最好的仪器和方法很难在实验观测上做到国际领先，这个理念特别重要。从科学发展史上，我们可以清楚地看到这一点，比如英国著名物理学家卢瑟福和同事发明的α粒子散射实验装置为正确原子模型的建立发挥了关键作用。在我国，我个人认为，科学仪器的重要性一直强调得还不够，很多领域的科学仪器研制工作没人做或研制水平不高，整体投入也很不够，高端仪器自主研发制造能力还有较大提升空间。 二是政策体系还不够完善。做科学仪器并不容易，想做科学仪器的人要冒一点风险。但问题是，现有科学评价体系能不能容纳这样一批做高水平科学仪器的人？真正的科学发展必须要有科学仪器上的创新。相比西方一些国家，我国政策体系在这方面还存在不足。所以，要健全相应的体制机制，发挥政策指挥棒作用，加大投入力度，鼓励一大批有能力、有兴趣和敢于冒险的人投身于科学仪器的研制和发展中。也只有这样，才能真正攻克我国各个领域存在的“卡脖子”技术。 要做高水平仪器解决重大科学问题 Q3：设计研发科学仪器的成本很高，很多时候甚至会引起一些争议。您个人如何平衡科学仪器的投入和产出？成功设计、研发科学仪器需要哪些支持？ 杨学明：对科学家来说，做科学仪器是一件很吃力的事，做仪器肯定需要比较多的经费。但我觉得这是值得的，因为做科学仪器有很多好处。第一，能解决自己想解决的重要科学问题。我个人不想买别人的仪器，因为别人做的仪器不能解决我想要解决的重要科学问题。第二，做科学仪器能培养人才。第三，科学仪器本身也是一个非常重要的高新科技产业，做科学仪器涉及的产业规模至少几十亿元。 当然，正因为研制科学仪器要投入很多钱，科学家更需要认真思考：要研制的科学仪器能否在重要的科研工作中发挥作用？是否能发挥原创性科学仪器应有的作用？国家的钱不是白来的，把科学仪器做好并让它发挥作用非常重要。所以，我觉得做科学仪器就一定要做世界最高水平的科学仪器。 从我个人经历来讲，无论做大连相干光源还是未来的高重频自由电子激光，都是从重要领域的需求和我的兴趣出发。在某一方向，我要做的科学仪器必须是独特的。如果我要做的仪器在某些重要指标上难以超越以前的类似装置，并且不能在解决科学问题方面发挥关键作用，我就不会去做。 总体来说，提升科学仪器研制水平和使用效率，树立科学仪器发展的正确理念，以及培养科学仪器研发人才等方面对我国高端科学仪器的发展至关重要。 Q4：设计和研发原创性科学仪器需要人才，这类人才需要具备什么样的品质和素养？ 杨学明：在大部分实验室，一般学生很少能真正设计和研制科学仪器。但这么多年来，我们实验室都保持着一个突出的特色，那就是几乎每个学生都会设计和研制科学仪器。不久前，一位刚博士毕业的学生跟我说，实验室培养学生设计和研制科学仪器的能力对他的发展太重要了。 实验科学发展需要探索新现象，而使用老旧的科学仪器通常很难发现新现象。一直以来，我都要求自己：科学仪器一定要自己设计。只有自己设计的仪器才能真正达到自己想要的最高水平。 做科研重要的是找到感兴趣的方向 Q5:您认为，从“学术青椒”成长为知名学者，最关键的要素是什么？ 杨学明：我也是从年轻人成长起来的，科研不是一条容易走的道路，但也有很多机会。 对年轻人的发展来说，有几件重要的事：一是找方向，就是找到真正感兴趣也比较擅长的领域。如果觉得做科研太苦，可能是因为对这个研究方向不太感兴趣。我一般不要求我的学生成绩必须名列前茅，我更重视他们对研究方向是否感兴趣。因为，能否在科学上有所发现、有所发展，最重要的是看他们对科学本身是否有兴趣。我自己以及我科研生涯中遇到的老师都是对科学有高度热情、非常爱科学的人。如果做科研只是为了拿某个奖，或得到一件跟科学无关的东西，我想科研一定不是一个快乐的职业。 二是找问题。我的理念是，做科学研究一定要以重要科学问题为导向。做基础科学必须要提出并解决一些重要的科学问题。有时候，提问题最关键。 三是选环境。研究环境特别重要，好的环境会引导大家做真正想要做的东西，而不是整天“逼”着大家发论文。这并不是说发论文不重要，我的意思是，要更强调解决科学技术问题，这才是根本。 Q6：您本科学的是物理，硕士转向化学研究。不同学科背景给您后续的研究带来了什么？ 杨学明：我上中学时非常喜欢化学，但高考化学没有考得很好，物理考得特别好，所以上大学后就念了物理。大学毕业后报考中国科学院大连化学物理研究所的研究生，也是因为我真的喜欢学化学。 我觉得自己大学毕业时找到了特别好的方向——化学激光，有激光又有化学，虽然后来没有具体从事化学激光方向的研究工作，但也算正式进入了物理化学或化学物理这一交叉领域。 我很幸运选了这条道路，大学的物理基础使我特别重视对事物本质的理解，经过这种物理思想训练后再去学化学，对化学会有非常不一样的理解和感悟。这对我整个学术生涯发展产生了深刻的影响。物理和化学的交叉学科背景，使我能从不同于传统化学的角度看化学学科的发展，也使我有更多机会发现化学科学中别人也许不太关注的一些重要科学问题，比如量子共振态和几何相位效应等。