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朱棣文

朱棣文

1997年诺贝尔物理学奖
简介
美国华人物理学家,前美国能源部部长,现任美国科学促进会主席。因“发明了用激光冷却和捕获原子的方法”获得 1997年诺贝尔物理学奖。
教育与工作经历

    1976年,美国加州大学伯克利分校物理学博士学位

    1983-1987年, 贝尔实验室量子电子学研究部主任

    1987年至今,斯坦福大学物理系教授

主要奖项及荣誉
    • 1992年,美国艺术与科学院院士
    • 1993年,美国国家科学院院士
    • 1997年,诺贝尔物理学奖
    • 1998年,中国科学院外籍院士
    • 2014年,英国皇家学会外籍会员
主要学术成就

朱棣文教授早期研究主要集中在原子物理学上,他开发了激光冷却技术,并利用激光对原子进行磁光捕获。

这种方法使得科学家能够非常精确地研究单个原子,该技术也可用于构建具有高精度的原子钟。

朱棣文教授近来将研究扩展到了单分子水平的生物物理学和聚合物物理学。

他利用荧光共振能量转移,原子力显微镜和光学镊子等技术研究了酶活性和蛋白质和 RNA 折叠。此外,他继续其研究原子物理学并开发了激光冷却和捕获的新方法。

介绍

我的父亲朱汝瑾于 1943 年来到美国,继续在麻省理工学院接受化学工程 教育,两年后,我的母亲李静贞也来到麻省理工学院学习经济学。早前,我母 亲的父亲在康奈尔大学获得土木工程高级学位,而他的兄弟在巴黎大学佩兰教 授的指导下学习物理后返回中国。然而,当我的父母在 1945 年结婚时,中国 处于混乱状态,回国的可能性微乎其微,于是他们决定在美国生活。我和兄弟 的出生可以说是典型的游牧学术生涯的一部分:我的哥哥出生于 1946 年,当 时父亲即将完成麻省理工学院的学业;我 1948 年出生于圣路易斯,当时父亲 在华盛顿大学任教,而我的弟弟在我父亲担任布鲁克林理工学院教授之后不久 降生。

1950 年,我们在纽约花园城定居,这是一个位于布鲁克林理工学院通 勤距离内的社区。在这个拥有 2.5 万人口的城镇中只有另外两个中国家庭,但 对于我们的父母来说,决定因素是社区内公立学校的质量。教育对我的家庭来 说不仅至关重要,更是我们的存在理由。事实上,我们所有的阿姨和叔叔都拥 有科学或工程博士学位,并且理所当然地认为下一代朱家人应遵循家庭传统。 此后,我的两个兄弟和四个表兄弟完成了三个医学博士,四个博士学位和一个 法律学位,而我只攻读了一个高级学位。

在这个学者云集的家庭中,我成了学术上“黑羊”。我在学校表现尚可, 但与高中累积平均成绩最高的哥哥相比,我的表现显然是平庸的,并没有做到 特别有效的学习。偶尔,我会专注于一个特定的学校项目,并且对我母亲看来 很琐碎的细节感到痴迷,并没有花足够时间放在学校的课业上。

我对大部分功课感到琐碎无趣,而不是一次智力冒险,单调和乏味因几 门与众不同的学科而打破。几何是第一个令我激动的课程。我们被要求以清晰, 合乎逻辑的步骤思考,而不仅是单纯地记住事实。从一些直观的假设开始,可 以得出深远的结果,我立即开始了证明定理运动。我记得几门英语课程,其中 指定的阅读材料如果让我喜欢,我会找来同一作者的许多书一并读完。

尽管家里重视教育,但我的生活并不完全围绕学校工作或娱乐阅读。在 幼儿园的夏天,一位朋友将塑料模型飞机和战舰的乐趣带给了我。到四年级, 我热衷于模型,花了很多愉快时光来构建未知用途的设备,其主要设计标准是 最大化融合运动部件数量和整体尺寸。起居室的地毯上经常散落着数百个金属“梁”,细小螺母和螺栓散落在半成品结构周边。通情达理的母亲允许我让这 些项目持续数天。当我逐渐长大,我的兴趣扩展到了化学:我和朋友尝试自制 火箭,部分资金来自我父母给我在学校吃午饭的钱。一个夏天,我们将我们的 爱好变成了一项业务,我们测试了邻居的土壤酸度和缺乏的营养成分。

我也对体育产生了浓厚的兴趣,与领居家的孩子们在学校玩足球,棒球 和篮球,偶尔也会打冰球。在八年级时,我读书自学网球,并在接下来的三年, 我以替补队员加入了校网球队。我还尝试教用从当地地毯商店获得的竹竿来做 撑杆跳,很快便越过 8 英尺,但还不足以让我入选田径队。    在高三时候,我将物理和微积分作为自己的大学预修课程。这两门课程 的教学方式和此前几何课程一致。两位才华横溢、敬业的老师提供了一些基本 的想法或一组基本假设,而不是一长串记忆的公式。

我的物理老师托马斯·迈内尔(Thomas Miner)特别有天赋。直到今天, 我还记得他是如何介绍物理学的。他告诉我们,我们将学习如何处理非常简单 的问题,例如由于重力加速导致物体跌落。通过猜想和观察的结合,想法便能 够转化为通过实验测试的理论。与人文相比,物理学可以解决的一小部分问题 似乎微不足道。尽管物理学的目标简单,但以实验获得的知识将成为最终的智慧。

除了对物理进行非常清晰和精确的介绍外,迈内尔先生还鼓励开展雄心 勃勃的实验项目。 在花园城高中的最后一个学期的大部分时间,我构 造了一个物理摆锤并用它来进行“精确”的重力测量。多年的建筑经验教会了 我直接适用于摆锤构造的技能。具有讽刺意味的是,二十五年后,我将在原子 喷泉干涉仪中使用激光冷却原子开发出这种测量的精炼版本。

我在大四的秋天申请了一些大学,但由于我在高中时的成绩平平,常春 藤联盟学校拒绝接受我,最终罗切斯特大学录取了我。相比之下,我的哥哥正 在普林斯顿大学,两个表兄弟在哈佛大学,还有一个在布林莫尔学院。我的弟 弟似乎逃脱了家庭压力,在没有获得高中毕业证书和避免从事科学事业的情况 下上了大学。 (不过他在 21 岁时获得了博士学位,之后获得了哈佛大学的法 律学位,现在是一家大型律师事务所的管理合伙人。)当我准备上大学时,我 安慰自己,我会成为一名默默无闻的大学生,走出学术之家的阴影。

在罗切斯特大学,我和许多即将入学的新生抱有同样的心情:一切都是新的,兴奋甚至有些过度,但至少没有人听说过我的兄弟和表兄弟。 我参加了 一个为期两年的物理基础课程,该课程使用费曼物理学讲义作为教科书。讲座 令人着迷和鼓舞人心,费曼让物理看起来如此美丽,每一页都展现出他对物理 的热爱。

在我大二的时候,我对数学越来越感兴趣,并申请了数学和物理学位。 我的数学教授特别棒,几乎和那年我的物理老师一样。如果不是费曼的课程, 我肯定会离开物理学。对数学的热衷部分是社交因素:作为一名低学历的学生, 几位数学教授帮助了我,邀请我参加几个教师聚会。

要平衡数学和物理学研究的最佳妥协是成为理论物理学家。 我的英雄是 牛顿,麦克斯韦,爱因斯坦,再到当代巨匠,如费曼,盖尔曼,杨振宁和李政道。 我的课程没有强调实验性贡献的重要性,这促使我相信“最聪明”的学生成为 理论家,而其余学生则被归为实验人。可悲的是,我忘记了迈内尔先生第一节 重要的物理课。

带着成为一名理论物理学家的梦想,我申请了伯克利,斯坦福,纽约州立 大学石溪分校(杨振宁在那里!)和普林斯顿。我最终选择去伯克利并于 1970 年秋天入学。当时,物理系中工作岗位数量正在减少,对正在崭露头角的年轻 理论家而言,前景堪忧。我记得教师告诫我们关于理论物理学的危机:除非我 们要像费曼那样好,否则我们在实验物理学方面会有更好的发展。不过,这个 警告对我或我的同学都没有影响。

我在伯克利度过了我所有研究生和博士后生涯,教师们担心内部竞聘。因 此,他们雇用了我,但也允许我在伯克利启动自己的小组后立即请假。我喜欢 伯克利,但意识到我对科学的看法很狭隘,并认为这是一个拓展自己的绝佳机会。

我有幸成为近两年内二十几名青年科学家之一于 1978 年秋季加入了贝尔 实验室。 我们感觉像是“被选中的人”, 除了我们最喜欢的研究,没有义务做 任何事情。做科学的喜悦和兴奋渗透整个大厅。 狭窄的实验室和办公室隔间迫 让我们同事间互动并探讨各自研究进展。 研讨会前后大家都积极讨论,甚至延 续到了网球场和派对上。贝尔实验室迷人的学术研究让我欲罢不能,我再也没 有回到伯克利。直到今天我对此感到内疚,但我认为教师们会理解我的决定并 且原谅我的。
正如玛丽·波普斯(Mary Poppins)所说,贝尔实验室的生活“在各方 面都是完美的”。 然而,1987年,我决定离开那舒适的“象牙塔”。 Ted Hansch离开斯坦福大学,成为马克斯普朗克量子光学研究所的联合主任,我 被招募来取代他斯坦福大学的职务。几个月后,我也收到了伯克利和哈佛大 学的聘书。我在贝尔实验室管理岗成功工作了9年,但我想成为我导师Gene Commins 那样的人,并对研究属于自己的科学成果意愿强烈。

Ted Geballe 是我在斯坦福大学的杰出同事,几年前也是从伯克利到贝尔实 验室再到斯坦福大学。他充分表达了我们工作的动力:“在大学最佳的工作就 是学生。他们单纯,热情,易于接受思想且尚未经历生活的洗礼。 他们没有意 识到自己是我们这个社会提供最好条件的受益者。如果一个人可以自由地发挥 创造力,现在就是最佳时机。他们相信教科书是权威的,但最终他们发现教科 书和教授并不知道一切,随后他们开始自己思考。然后,我开始向他们学习。”

我已经在斯坦福大学工作了十年半。 我所在部门和大学的不断要求以及为 获科研资金而不断增加的工作耗费了许多宝贵的思考时间, 我有时也渴望贝尔 实验室的宁静日子。然后,我想起了我的学生和博士后学生在斯坦福大学所做 的工作,以及我们在这段时间里如何共同成长