撰寫者 | 李燦燦、孫楊
編輯| 金壯偉
安東尼·萊格特（ ）教授（J.），美國國家科學(xué)院院士，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校和上海交通大學(xué)物理學(xué)教授，是國際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的量子物理學(xué)領(lǐng)軍人物。 他主導(dǎo)了宏觀耗散系統(tǒng)中量子物理的研究方向，主張利用凝聚態(tài)系統(tǒng)來驗(yàn)證量子力學(xué)的基石，并注重利用約瑟夫森器件等特殊凝聚態(tài)系統(tǒng)來研究外推的可行性。宏觀層面的量子理論體系。
該教授曾榮獲多項(xiàng)榮譽(yù)和科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)：2003年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)、2002/2003年沃爾夫物理學(xué)獎(jiǎng)、1999年紀(jì)念獎(jiǎng)?wù)隆?992年保羅·狄拉克獎(jiǎng)?wù)隆?980年英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員、1975年麥克斯韋獎(jiǎng)等。由于他對物理學(xué)的杰出貢獻(xiàn)，他被英國女王伊麗莎白二世封為爵士。
教授熱衷于與青年學(xué)生和物理愛好者分享他的物理思想、科學(xué)理念、生活和科研經(jīng)歷。 過去幾年，他一直在上海為本科生和研究生教授超導(dǎo)和超流體。 2018年6月，該教授在上海交通大學(xué)講學(xué)時(shí)，經(jīng)當(dāng)年博士生敖平教授建議，上海大學(xué)敖平教授、《科學(xué)通報(bào)》編委會(huì)主編李燦燦，上海交通大學(xué)孫楊教授對教授進(jìn)行了采訪。
《科學(xué)通報(bào)》：您因在超流體領(lǐng)域的杰出工作而獲得2003年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 您年輕時(shí)為何選擇超流體作為研究方向？
: 原因很簡單。 我研究生期間和博士后期間的大部分研究工作都是關(guān)于這種特殊物質(zhì)——液氦3。當(dāng)時(shí)我已經(jīng)發(fā)表了幾篇論文，所以我對該領(lǐng)域有很好的了解，而不僅僅是該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)性質(zhì)。系統(tǒng)，也包括其他科學(xué)家提出的理論。 有趣的是，我想出了一個(gè)重要的想法：在極低的溫度下，液氦 3 可能表現(xiàn)得像金屬，成為超導(dǎo)體。 換句話說，電子形成對并表現(xiàn)出獨(dú)特的性質(zhì)，例如超流動(dòng)性。 很多人也進(jìn)入這個(gè)研究領(lǐng)域，但很多時(shí)候，他們被引導(dǎo)到了錯(cuò)誤的方向。 所以我認(rèn)為我很幸運(yùn)。
《科學(xué)通報(bào)》：隨著科學(xué)研究的不斷深入，您認(rèn)為超流氦3仍然是一個(gè)有趣且重要的問題嗎？ 它會(huì)對未來的研究或知識(shí)產(chǎn)生什么影響？
：關(guān)于這個(gè)特定系統(tǒng)——超流氦 3——有很多有趣的問題，但從某種意義上說，我認(rèn)為它們并不重要。 從某種程度上來說，過去40年來關(guān)于超流氦3最重要的問題一直是庫珀對的形成機(jī)制——不僅僅是我們在大多數(shù)普通超導(dǎo)體中想到的簡單態(tài)，還有所謂的奇異態(tài)（state）。 普通超導(dǎo)體中形成的庫珀對是兩個(gè)相互強(qiáng)關(guān)聯(lián)的電子，但庫珀對的內(nèi)部結(jié)構(gòu)非常簡單，其總自旋為零。 對于超流氦 3，它是總自旋為 1 的庫珀對。
盡管在實(shí)驗(yàn)之前就已經(jīng)預(yù)測到了這一點(diǎn)，但直到我們得到真實(shí)的物理結(jié)果之后，人們才意識(shí)到這有多么有趣。 所以我認(rèn)為，從某種意義上來說，超流氦3本身并不是那么重要，重要的是它對其他更復(fù)雜系統(tǒng)的影響。
《科學(xué)通報(bào)》：中國擁有世界上數(shù)量最多的勤奮科學(xué)家，中國科學(xué)家和公眾對諾貝爾獎(jiǎng)有著特殊的依戀。 自2015年屠呦呦研究員首次獲得諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)以來，中國科學(xué)家也期待在其他領(lǐng)域獲獎(jiǎng)。 您認(rèn)為中國本土物理科學(xué)家距離獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)還有多遠(yuǎn)？
：首先，很多諾貝爾獎(jiǎng)爭奪者都在中國接受過培訓(xùn)； 也就是說，雖然諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)目前沒有頒發(fā)給在中國完成的工作，但許多獲獎(jiǎng)工作都是由中國人完成的。 中國有很多年輕的杰出學(xué)者，我認(rèn)為他們未來幾年所做的一些工作很有可能獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 但如果我們想提高幾率，我認(rèn)為我們必須找到某種方法來減輕科學(xué)家在職業(yè)生涯最具創(chuàng)造力階段的壓力，讓他們以更輕松的方式工作。
我下面說的這種情況不僅發(fā)生在中國，在美國等其他國家也有發(fā)生，但在中國更為明顯。 例如，研究生如果想獲得好的博士后職位，就必須在或其他國際知名期刊上發(fā)表論文。 為了獲得良好的教學(xué)職位，博士后也是如此。 這太可怕了。 如果科學(xué)家被迫關(guān)注或在其他期刊上發(fā)表文章，短期內(nèi)他們能做的就是關(guān)注所謂的熱點(diǎn)問題。 事實(shí)上，最好的科學(xué)問題不是熱門話題，而是熱點(diǎn)話題。 他們需要時(shí)間來學(xué)習(xí)。 也許他們會(huì)研究2到4年就能解決的問題，但這不是研究物理學(xué)的方法，也肯定不會(huì)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。
說實(shí)話，我一直以為自己很幸運(yùn)。 不僅因?yàn)槲抑雷约簯?yīng)該做什么，還因?yàn)槲以谔K塞克斯大學(xué)（英國）的工作。 我在大學(xué)的主要工作是教學(xué)，我不覺得我必須在知名期刊上發(fā)表文章。 雖然學(xué)校也鼓勵(lì)發(fā)表論文，鼓勵(lì)我在周末、晚上等進(jìn)行研究，并為我提供使用圖書館設(shè)施和其他輔助設(shè)施的便利，但我的工作主要是教學(xué)而不是研究。 如果沒有這個(gè)，我可能就不會(huì)獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 在中國競爭如此激烈的環(huán)境下，我不知道如何復(fù)制這種情況。
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科學(xué)通報(bào)：我們可以輕松地與物理學(xué)家或具有豐富數(shù)學(xué)知識(shí)的人用數(shù)學(xué)語言討論量子力學(xué)。 但對于非物理專業(yè)的學(xué)生來說，可能很難讓他們相信量子力學(xué)，這主要是因?yàn)閷α孔恿W(xué)結(jié)果的實(shí)際觀察的解釋非常具體。 您能談?wù)勥@個(gè)問題嗎？
：這個(gè)問題已經(jīng)存在了 90 年，我認(rèn)為我們在這方面并沒有取得很大進(jìn)展。 雖然量子力學(xué)取得了令人難以置信的成功，不僅在它最初提出的領(lǐng)域（基本原子和分子物理學(xué)等），而且在比這更廣泛的領(lǐng)域。 到目前為止，我們還沒有發(fā)現(xiàn)任何證據(jù)表明它出了問題。
想象一下，我遇到一個(gè)時(shí)間旅行者，他從公元 3000 年回到過去，并問他生活在公元 3000 年的人對量子力學(xué)有何看法。 在我看來，他的答案有兩種可能。
一種可能性：他向我保證，即使在公元 3000 年，人們?nèi)匀幌嘈帕孔恿W(xué)基本上是對物理世界的完整描述。 當(dāng)然，到那時(shí)，人們對物質(zhì)世界的認(rèn)識(shí)將會(huì)發(fā)生很大的變化。 如果他真的回到過去并告訴我這些，那么我將不得不決定如何解釋量子力學(xué)的成功。 在這種情況下，我想我可能會(huì)采取某種極簡主義的觀點(diǎn)。 也就是說，我只是認(rèn)為量子力學(xué)是一個(gè)“食譜”。 它無非是我們以實(shí)驗(yàn)誤差為代價(jià)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)“食譜”，它總是給我們提供與我們的觀察相符的“正確答案”。 所以，我什至不會(huì)嘗試超越這個(gè)解釋。 這只是一個(gè)“食譜”，必須接受這個(gè)事實(shí)。 盡管正在努力采取更多行動(dòng)，但前景似乎相當(dāng)令人沮喪。 這是一種比較悲觀的看法。
另一種可能性是：從公元3000年回來的旅行者告訴我，現(xiàn)在已經(jīng)沒有人相信量子力學(xué)了。 我個(gè)人更喜歡這個(gè)觀點(diǎn)。 在幾千年的歷史演變中，物理學(xué)經(jīng)歷了一次又一次重大革命。 即使是公元3000年提出的問題也將與今天的問題完全不同。 我不知道這場革命或這些革命會(huì)是什么樣子，但我堅(jiān)信，無論它采取何種形式，它很可能不僅會(huì)改變量子力學(xué)的概念，還會(huì)改變我們對箭頭的看法的時(shí)間。 。 我認(rèn)為這是另一個(gè)尚未真正理解的大謎團(tuán)。
我認(rèn)識(shí)一些人，比如已故的斯蒂芬·霍金，他們完全相信時(shí)間之箭。 但我覺得時(shí)間之箭很神秘，操縱時(shí)間之箭聽起??來就像科幻小說一樣。 未來人們操縱時(shí)間之箭的可能性極其渺茫。 舉一個(gè)簡單的例子，假設(shè)發(fā)生了犯罪行為，警察想知道犯罪者是誰。 他們擁有能夠讓時(shí)間倒流的 CCD(-) 相機(jī)的可能性極低，因?yàn)檫@違背了物理學(xué)原理。
《科學(xué)通報(bào)》：您提到了時(shí)間之箭（時(shí)間倒轉(zhuǎn)），再次引起了我們的好奇心。 能詳細(xì)介紹一下嗎？
：這有點(diǎn)類似于天氣預(yù)報(bào)。 既然我們對預(yù)測未來幾個(gè)小時(shí)的天氣有一定的信心，而對未來幾天或更長時(shí)間的信心則較差，所以沒有人對明年這個(gè)時(shí)候的天氣做出任何猜測。 我認(rèn)為我們可能會(huì)達(dá)到這樣的境地：我們有理由相信我們可以回到某個(gè)特定的時(shí)間； 如果我們超越這個(gè)范圍量子物理論文3000字，事情就會(huì)變得不那么清晰； 如果我們試圖回到幾年前，我們就會(huì)失去一切。 操縱時(shí)間之箭是一個(gè)大膽而瘋狂的猜測。 我認(rèn)為這只是想象。
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《科學(xué)通報(bào)》：近兩三十年來，高溫超導(dǎo)已成為熱門話題。 盡管該領(lǐng)域聚集了一大批甚至比其他領(lǐng)域還要多的優(yōu)秀專家學(xué)者，并且從不同角度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，但對于高通量形成的理論機(jī)制還沒有統(tǒng)一的看法。 -溫度超導(dǎo)性。 為什么銅酸鹽超導(dǎo)體的問題還沒有解決？
：我認(rèn)為部分原因與材料本身有關(guān)。 以傳統(tǒng)的超導(dǎo)體為例，例如鋁或鋁酸鹽。 它們是大塊超體，并且它們的超導(dǎo)性非常強(qiáng)大。 它們可以通過多種方式被破壞，而不會(huì)改變它們的超導(dǎo)性。 事實(shí)上，最令人驚嘆的是，完全破壞其晶格結(jié)構(gòu)并且仍然具有超導(dǎo)性是可能的。 類似材料還有超級玻璃等。
對于理解傳統(tǒng)超導(dǎo)體非常有幫助的一件事是，轉(zhuǎn)變溫度與費(fèi)米溫度的比率通常非常低，也許只有千分之一。 這意味著人們可以忘記高能量下發(fā)生的事情，而完全專注于較低溫度下發(fā)生的事情。
新型超導(dǎo)體的超導(dǎo)性似乎并不那么魯棒，并且對各種擾動(dòng)非常敏感。 這意味著實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫必須不斷修改和更新。 結(jié)果，你常常會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果并不那么可信。 。 在研究這個(gè)問題的最初十年中，由于科學(xué)家們沒有意識(shí)到所有這些困難，他們聲稱實(shí)驗(yàn)過程中存在一些雜質(zhì)，擾亂了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 這意味著我們不能100%相信現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 其次，轉(zhuǎn)變??溫度與費(fèi)米能量的比值并不是那么大，并且該比值可能會(huì)增長。 此外，我們清楚地知道，與高能過程相關(guān)的許多特性本身對超導(dǎo)性的形成很敏感。
這是否意味著超越 BCS(--) 的理論？ 從實(shí)驗(yàn)上來說，確實(shí)是這樣。 例如，我注意到當(dāng)一種特定的金屬變得超導(dǎo)時(shí)，它的光吸收率會(huì)改變 5%。 對于某些銅酸鹽超導(dǎo)體來說確實(shí)如此。 這是否意味著更高的能態(tài)更重要？ 不確定。 如果你仔細(xì)研究它們之間的轉(zhuǎn)換，你會(huì)發(fā)現(xiàn)低能態(tài)可能會(huì)發(fā)生一些變化，也可能是高能態(tài)，或者是介于兩者之間的狀態(tài)。 我認(rèn)為這是一個(gè)難點(diǎn)。
：您認(rèn)為傳統(tǒng)超導(dǎo)和高溫超導(dǎo)之間是否存在統(tǒng)一的理論？
：是的。 如果你在 1952 年問我有關(guān)傳統(tǒng)超導(dǎo)體的問題，我會(huì)持懷疑態(tài)度。 然而，近年來確實(shí)出現(xiàn)了一些理論。 所以，我認(rèn)為完全有可能存在一個(gè)統(tǒng)一的理論。 從某種意義上說，人們可能需要一個(gè)新的視角來看待這個(gè)問題。
如果你問我如何在銅酸鹽超導(dǎo)體方面取得進(jìn)展，我認(rèn)為人們需要做的是找出真相，這是一個(gè)可以通過實(shí)驗(yàn)來回答的是/否的問題，而不必過多依賴微觀理論。 過去人們在這方面已經(jīng)取得了一些成功。 例如，在銅酸鹽超導(dǎo)體的早期，問題是我們是否可以簡單地通過著名的-(-)理論并修改其性質(zhì)來解釋銅酸鹽超導(dǎo)體的宏觀電動(dòng)力學(xué)？ 我想很多人的答案都是肯定的。 他們做出的預(yù)測得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。 人們不需要知道發(fā)生的一切。 有了這種現(xiàn)象學(xué)宏觀理論，一切似乎都可行。
第二個(gè)問題基本上是一個(gè)是/否問題。 我們不知道傳統(tǒng)超導(dǎo)體的對稱性是什么，也不知道相對波函數(shù)的結(jié)構(gòu)是什么。 幸運(yùn)的是，事實(shí)證明我們可以通過一些實(shí)驗(yàn)來確定答案。
我對我提出的第三個(gè)問題——形成超導(dǎo)性的能量來源在哪里——非常有熱情，并試圖讓實(shí)驗(yàn)室的同事們來研究這個(gè)問題，這有點(diǎn)技術(shù)性。 但歸根結(jié)底，一切都是庫侖能量（ ）。 然而，它必須與動(dòng)能區(qū)分開來。 因此，庫侖能量可以用不同波矢和不同頻率漲落的貢獻(xiàn)之和來表示。 這并不完全是一個(gè)是/否問題； 對于這個(gè)問題，不同的實(shí)驗(yàn)可以提供不同的答案。 因此，我一直在努力鼓勵(lì)政府同事現(xiàn)在關(guān)注這個(gè)問題。
回顧這些問題，你會(huì)發(fā)現(xiàn)所有這些問題的有趣之處在于，基本上都可以通過實(shí)驗(yàn)直接回答。
高溫超導(dǎo)體和贗能隙（來源：Rager，）
《科學(xué)通報(bào)》：等國際頂級期刊吸引了眾多科學(xué)家投稿量子物理論文3000字，發(fā)表了大量重要成果，引起了國際上的廣泛關(guān)注。 作為一名科研人員，您認(rèn)為期刊的國際影響力應(yīng)該如何提升？
：我覺得《He》之所以能成為頂級雜志，主要是因?yàn)閷徃鍢?biāo)準(zhǔn)很高。 我不太了解，但他們的評判標(biāo)準(zhǔn)確實(shí)相當(dāng)高，至少公眾是這么認(rèn)為的。 我認(rèn)為編輯部可以控制的因素之一是編輯和審稿的質(zhì)量 - 我認(rèn)為你們在這方面做得很好 - 為接受文章制定相當(dāng)高的標(biāo)準(zhǔn)很重要，期刊將會(huì)有對此予以獎(jiǎng)勵(lì)。 盡量限制接受論文數(shù)量，使其成為精品期刊。 總的來說，如果想成為《和》這樣的頂級期刊，必須設(shè)定相當(dāng)高的審稿標(biāo)準(zhǔn)。
此外，如果您喜歡冒險(xiǎn)，也許您可??以保留期刊的名稱并開始一個(gè)新期刊，就像您對子期刊 X 所做的那樣，并設(shè)定更高的標(biāo)準(zhǔn)。 無論你做什么，你都必須有耐心。 當(dāng)然，你還必須勇敢并能夠承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)。
《科學(xué)通報(bào)》：發(fā)表文章時(shí)如何選擇期刊？
：我對發(fā)表文章的期刊有特定的偏好，并且我愿意付費(fèi)在一些物理期刊上發(fā)表文章。 例如，在我寫的一篇關(guān)于超流氦 3 是液體磁體的論文中，我刪除了很多不必要的論點(diǎn)，使其簡短而有力。 通常這類文章會(huì)給出一些新的視角。 文章雖短，但會(huì)給讀者留下足夠的想象空間。
事實(shí)上，很多諾貝爾獎(jiǎng)獲得者在國際頂級期刊上發(fā)表的論文并不多。 他們的論文有的沒有在所謂的高影響力期刊上發(fā)表過，有的甚至沒有在英文期刊上發(fā)表過。 例如，獲得2015年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的中國科學(xué)家屠呦呦，其諾貝爾獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)成果首次在《科學(xué)通報(bào)》上發(fā)表。
致謝：特別感謝上海大學(xué)敖平教授對本次采訪及稿件修改的大力支持！
文章標(biāo)題圖和封面圖來源：
賽先生
啟蒙·探索·創(chuàng)造
如果你有好奇心
如果你對知識(shí)如饑似渴
如果你相信世界是可以理解的
