平均每10年產出一個重大成果，他總結了一套方法論
文 |《中國科學報》見習記者江慶齡 實習生楊雨辰
“十年前，我的頭發還是黑的。”中國科學院院士、上海交通大學李政道研究所副所長丁洪在接受采訪時笑著說道。
2015年，丁洪領導的團隊利用在上海光源自主建設的“夢之線”，在砷化鉭中觀察到開放式的費米弧，提供了外爾費米子存在的實驗證據，得到了國際學術界的廣泛認可和高度評價。
2016年，中國大陸第一個由科學家、企業家群體共同發起的民間科學獎項“未來科學大獎”正式開啟，單項獎金100萬美元，是當時國內獎金最高的科學大獎。丁洪是未來科學大獎科學家委員會首屆輪值主席，按照相關規定，這也意味著他在6年內主動放棄了獲得這份大獎的機會。
在前不久舉行的未來科學大獎十周年慶典期間，丁洪接受了多家媒體的采訪。以下是主要采訪內容。
丁洪未來論壇供圖
基礎物理是面向未來的應用物理
問：你大概平均每10年有一個重大的成果，你是如何做到的？在此過程中形成了怎樣的科學品味？（注：丁洪及團隊于1996年在銅基高溫超導體發現贗能隙，2008年在鐵基超導體中觀察到s-波超導序參量，2015年在固體材料中發現外爾費米子，2018年在鐵基超導體中發現馬約拉納零能模）
丁洪：原始的科學發現確實不容易做，有很多運氣成分。我第一個比較重要的突破是1996年在銅基超導體中發現贗能隙，這個工作就帶有一定的偶然性。
后面，我逐漸總結了一套方法論。首先，充分調研，確定值得做的科學問題。在此基礎上篩選我們有能力做的問題，進而合理規劃進度，在激烈的國際競爭中搶占先機。當然，合作也十分重要。我是實驗物理學家，非常喜歡和理論物理學家交流。
舉個例子，我們決定做馬約拉納零能模的時候，很多人都不相信我們能做成。但我認為這是一個值得研究的方向，也同美國麻省理工學院教授傅亮進行了溝通，得出了可能存在的結論。于是，我們團隊帶著做100次實驗只能成功1次的預期，開始了實驗。果然前12次實驗都失敗了，第13次才發現了一絲可能的跡象。后來反復驗證多次，終于確定了鐵基超導體中存在馬約拉納零能模，也開辟了一個新方向。問：你關注的凝聚態物理屬于基礎物理范疇，在你看來，基礎研究將如何改變世界？丁洪：“有什么用”是我們經常會被問到的一個問題。事實上，基礎研究一直在改變世界。未來也會如此。
剛發現電子的時候，連湯姆遜都覺得沒啥應用價值，但現在用的所有半導體都是電子器件；如果沒有廣義相對論，GPS誤差會達到幾公里，根本無法導航；凝聚態物理所催生的晶體管，則是當今信息時代的基石。
可見，基礎研究成果剛出現的時候，似乎沒什么用，但隨著我們對機理認識加深，會慢慢找到應用的路徑，應當把眼光放長遠一點。問：未來5~10年內，凝聚態物理領域可能會在哪些方面取得重大突破？這些突破會帶來怎樣的影響？丁洪：我目前的工作主要包括兩方面，分別是拓撲量子計算和高溫超導。兩者相輔相成，未來都會有巨大突破。
現在學界普遍認為，未來20年可能出現通用量子計算機。屆時，如發現藥物分子、預測長期天氣變化、模擬宇宙運行規律等問題，都有可能變得更加容易。
量子計算機現在有幾條路線在同步進行，拓撲量子比特有望用較少的比特實現通用容錯量子計算。我們正在努力推進，希望能夠在5年內做出世界上第一個拓撲量子比特。
高溫超導方面，目前機理還不清楚，無法用傳統的方法進行簡化和計算，同時材料延展性差，加工比較困難。但是隨著銅基超導體、鐵基超導體以及鎳基超導體的發現，我們可以通過研究這幾種材料中的共性和區別，理解高溫超導的機理。這不僅可以幫助我們尋找更多超導體，也有可能推動新物理的產生。
從應用層面來說，醫院里使用的核磁共振就用到了超導材料。超導也是量子計算機的主要路線之一。此外，主流的磁約束可控核聚變必須借助磁場對其進行有效約束，目前只有高溫超導體才能產生如此高的磁場。據估計，可控核聚變有可能在未來20年內實現商業化應用，將對社會產生變革性的影響。非常值得期待。問：室溫超導體有可能存在嗎？丁洪：室溫超導體完全是有可能存在的?，F在最高的超導體是零下13攝氏度，但這是在高壓下實現的。難點主要在于如何在常壓下實現室溫超導。因為在這么高的溫度下，材料的晶格震動非常大，結構就不穩定，必須靠很大的壓力把它壓住。
之所以現在有一些烏龍事件，我認為是因為研究者基本知識不扎實。超導有一個特性是抗磁性，但很多其他材料也有這個特性。室溫超導實驗很好做。有些人做實驗的時候把概念混淆了，以為出現抗磁性就是超導。事實上，這些放在預印本上的論文很快被證明是錯誤的。
學科邊界被打破
問：在科研之余，你參與規劃了“夢之線”“夢之環”“夢之城”三大科學工程。這些工作看似和物理學研究關系不大，為什么會投入這些工作？丁洪：我在美國待了18年，深刻感受到國家實驗室、大科學裝置等對科學研究的推動作用。我們做科研的最終目的，是擴展人類認知邊界、推動人類文明進步。規劃“夢之線”“夢之環”“夢之城”，都可以起到這方面的作用。
回國后我首先提議在上海同步輻射光源建設一條世界領先的光束線站，也就是“夢之線”?！皦糁€”直接促成了外爾費米子的發現，更為多個學科提供了強大的實驗平臺，幫助科學家們開展更深入的基礎研究。
“夢之環”是指在北京建設高能同步輻射光源，現在很快就要建成了。“夢之環”屬于“科學基建”，很多實驗都需要用到高能光源。我最近也到那里去了幾次，和幾位老先生一塊兒走隧道，他們非常感慨：“我們是在2009年提議的，一晃16年過去了?！?span style="display:none">vQB知多少教育網-記錄每日最新科研教育資訊
“夢之城”是正在建設中的懷柔科學城，已經初具規模了。我作為主要科學規劃者之一，也推動了一系列交叉研究平臺的建設。
前面說到，我平均10年有一個重大的成果，我現在也在想，有沒有可能在人工智能（AI）的幫助下，縮短科學發現的時間。 問：你在科研中使用AI了嗎？AI給科學研究帶來了哪些影響？ 丁洪：目前主要是用來做一些查閱資料類的工作。過去，我們經常會調研幾周時間后發現某個課題沒法做，再找別的方向。有了AI，只需要幾天甚至幾小時，就能得出結論。
很多人不知道，凝聚態物理不僅推動了近代科學的發展，也帶來了科學范式的變革。1972年，“凝聚態”一詞的提出者Philip W Anderson，把多年來對物理學研究的思考凝聚為3個單詞——more is different（多者異也）。Anderson認為，當時學界占據主流的“還原論”思想并不準確。當粒子數量增多，彼此之間相互作用時，會出現“全新的規律”，需要獨立研究。正是“多者異也”思想的出現，為復雜系統、跨學科研究，以及新興學科的發展提供了理論基礎。
十幾年前，李政道研究所首任所長Frank Wilczek也說過類似的話——“a lot more is very different”。這其實是對大腦意識的一個思考，人類和貓都有神經元，但人類的神經元遠遠多于貓，我們就表現得和貓完全不一樣。
人腦的進化非常慢，現在的人腦和1000年前的人腦相比幾乎沒變化。而AI的學習速度非?？?，可能1000秒之后就不一樣了。我認為，迭代和學習速度如此快的AI，能夠增強我們的創造力，未來將極大推動地球文明發展。 問：也有人說AI加速了學科融合，你是怎么看待的？ 丁洪：之所以有不同學科，主要在于人腦的容量有限。在第一次工業革命以前，知識總量有限，沒有人提“物理學家”“化學家”“生物學家”。歷史上知名的學者幾乎都是“博物學家”，比如古希臘的亞里士多德。
隨著科技的快速發展，人腦逐漸“裝不下”這么多知識了，學科分類隨之出現。但正如前面所說，“more is different”，獲取不同領域的知識，其價值絕不僅僅是兩者之和，而是平方甚至立方。融會貫通多個學科的知識后，很多原本無法理解的事情就能豁然開朗。
相對應的，AI是“博物學家”，什么知識都裝得下，學科劃分也就沒那么重要了。在不久的將來，人們或許可以在AI的幫助下，在30歲前拿到幾個博士學位，而且是高質量的學位。
沒有體會人生之美，就無法追求科學之美
問：你曾說過，沒有科研的生活不可想象，但人生也不可能只有科研，科研對你意味著什么？丁洪：沒有體會人生之美，就無法追求科學之美。做科研其實挺苦的。人不能一天到晚跑馬拉松，必須得休息，得享受生活，否則無法持續做科研。
除了凝聚態物理領域的研究，我在關注其他領域的問題，如量子計算、天文學等?？蒲泻痛罂茖W裝置規劃之外，我會做一些科普工作，業余時間也愛聽音樂。
此外，只做自己一畝三分地的事，有時候可能會陷在一個比較小的地方出不來。反而是做一些看似無關的事情時，能夠從當前的狀態中出來，迸發出靈感。問：你也非常重視科普，這是為什么？丁洪：我是2008年回國的，這十幾年間，中國的科學發展速度很快，甚至可以用驚人來形容。這得益于中國政府的大量投入，也得益于中國家長對孩子學習科學、從事科學的支持，這背后就是科普的力量。
從推動人類文明進步的視角來看，科普的重要性不亞于科研。
我希望可以通過科普，使得更多家長和孩子了解科學之美，從而讓科學的種子在年輕心靈中生根發芽。事實上，我有不少學生，就是因為在中學時聽過我的科普報告，走上了科學之路。
此外，科普也能激發更多人對科學的興趣與思考，最終樹立起熱愛科學、崇尚科學的社會風尚，為未來科學的發展注入新的活力與靈感。問：看來科研需要一定的松弛感，但現在大家普遍感覺科研圈非常內卷，對此你怎么看？丁洪：卷有積極的一面，能夠促進社會發展，同時也有殘酷的一面。在我看來，有些內卷其實毫無實際意義。
以乘坐地鐵為例，大家為了有座位，紛紛選擇前往終點站乘車，結果導致地鐵從始發站開始就人滿為患。不僅沒有提升出行體驗，反而造成了不必要的資源浪費和秩序混亂。如何避免此類無意義內卷帶來的消耗，是需要我們認真思考的。 問：當下年輕人確實存在一些困境，比如學歷貶值，應該如何應對？ 丁洪：“學歷貶值”有一定合理性，這也和社會發展階段相關。過去，知識獲取的成本很高，比如有的書籍、論文，只能在知名大學的圖書館里才能看到。有了互聯網，尤其是AI出現后，人們能夠以更高效、便捷的方式獲取知識。由此，知識不再是少數人的“特權”，而變成一種可廣泛共享的公共資源，對個人能力的要求隨之提高。這對我們來說，需要主動求變，追求更高級的事情。
從職業發展和人生追求的角度來看，我認為大致有三種境界。第一種境界是養家糊口，這是基礎；第二種境界是成為“大家”，這是很多人的奮斗目標，必然很“卷”；第三種境界是做自己想做的事情，不被外界所擾。希望最終所有人都能達到最后這個境界。未來隨著AI等新技術的發展，可能工作也不再是謀生的手段了。
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