院士大讲堂:校友院士陈和生讲“国之重器——重大科技基础设施”

  • 文/贾韫哲 尹岩 图/学术实践中心 (团委)
  • 日期:2022-03-15
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     陈和生院士

        3月7日下午19时,北京正负电子对撞机国家实验室主任陈和生院士受邀来到院士大讲堂,为中国科学院大学和北京大学两校的学子带来了精彩的讲座。陈和生以“国之重器——重大科技基础设施”为题,结合自身主持中国散裂中子源等大科学装置建设的经历以及多年耕耘在粒子物理等领域科研一线的经验,细致而生动地讲述了大科学装置的历史和意义,并描绘了我国发展重大科技基础设施的蓝图。

  首先,陈和生讲到大科学装置的诞生是源自人类对物质结构前沿的探索。“从原子到原子核,再到质子中子,最后到夸克”的三次跨越式发展,不仅推动了半导体、核能、计算机等领域的生产力进步,深刻地影响了国际社会与政治,还催生了同步辐射光源、散裂中子源等可以作为多学科交叉研究平台的大科学装置。由于探索越小尺度的物质结构和越快的时间进程需要越高能量的粒子,越来越大型的加速装置成为了必要的需求。加速器从40年代中期的米量级发展到现在几十公里的量级,大科学装置已然登上历史舞台。

  从“集中式分布”扩展为“集成式或网络式分布”的设备群,重大科学基础设施成为了“国家科技创新体系的关键单元”。陈和生先后介绍了美国、德国及日本等国的大科学装置,以及这些大科学装置采取的广泛国际合作和高度开放的运转模式,为我们展现了一幅国际范围的科研图景。在以美国为首的西方国家的技术封锁下,“邓小平同志看到了大科学装置对中国科技发展的重要性”,而这催生了中国大科学装置的发展。

  在第二部分,陈和生介绍了什么是重大科技基础设施。结合探索未知、国家统筹、开放共享等特征,陈和生将其定义为“具有国际影响力的国家的公用设施” 。

  关于大科学装置,陈和生将其分为两类,一类是“专用的大科学装置”,包括粒子物理、核物理的加速器,用来产生高能量的粒子,比如北京正负电子对撞机、兰州重离子加速器研究装置;另一类则是“多学科交叉前沿研究的大型平台”,以同步辐射为代表,“为材料科学技术、物理、化学、化工、资源环境、生命科学、能源等诸多领域提供了最先进的研究平台”。结合各种仪器的原理与作用,陈和生指出:“科学设施,强调经济社会的需求和高校的服务。” 

  接下来,陈和生从面向世界科学前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康等几个角度剖析了重大科技基础设施在科技创新当中的作用。其中,他不仅提到了同步辐射用于新冠病毒的相关研究,而且解读了大科学装置在能源、环境、资源等领域的战略性价值。

        讲到典型的重大科技基础设施,陈和生首先介绍了被人民日报称为“继两弹一星后最重要的科学工程”的北京正负电子对撞机。为了保持该领域的竞争优势,该装置在本世纪初被进行了改造,“整体性能提高100倍”、“自主研制的设备超过了85%”这些激动人心的数字记录了陈和生带领科技人员刻苦攻关时的付出。“在14米内将接近光速的正负电子对撞、分开”这一惊人挑战的完成、 “超过竞争对象一个量级”的成就和“发现四夸克态新粒子”等丰富的科研成果更是对这份付出最圆满的回报。

  从同步辐射光源到中国散裂中子源,陈和生不仅细致地解释了仪器的原理,还列举了其在科研中的各类应用,显示了“大国重器”无可替代的重要地位。“北京的怀柔光源……将成为世界上最亮的光源之一。”“量子能源、合金、高分子信息材料这些领域前三年的科学产出,远远超出了同阶段美国和日本的产出。”这些令人振奋的消息向世界展示着中国科研工作者攀登学术高峰的勇气与实力。

  “工欲善其事,必先利其器。”陈和生在报告最后寄语青年学子,鼓励他们能够重视这些来之不易的“大国重器”,并充分利用这些仪器在各自领域实现突破!

在互动环节,同学们与陈和生进行了深入的交流,以下总结了一些问答内容供大家参考:

   Q1:

  大科学装置是人类探索新科学的重要手段,但是探索往往有很大的不确定性,因此我们在规划大科学装置时,应当如何保证它有足够的成果产出?

  A1:

  我想,大科学装置有两类。第一类是专用的大科学装置。坦率地讲,谁也不能保证它一定能达到预期的目的,特别是对物质结构前沿的探索。比如(一九)四四年起兴建的大型加速器,有的产出了重大成果,甚至是诺贝尔奖,有的最后没有什么突出的成果就被人们忘记了。我想这个是没有办法的,因为科学研究是无法规划的。有的虽然有了成果,却是种瓜得豆:我本来是想做这件事情,最后我发现另外一个突破。我想这就是科学的特点,也是我们探索自然世界必须要付出的代价。而第二类的大型科学平台就不一样了,因为材料科学、生命、资源环境等大家都在做,都很有必要,这些基本上是肯定会对国家做出重大贡献。

  Q2:

  基于您担任总师主持建设大科学装置的成功经验,请问您认为主持大科学装置建设、改造及其应用平台等重大科学工程应该遵循的核心逻辑或思维方法是什么?以及这些逻辑或思维方法甚至哲学观应该从哪里学习?

  A2:

  我从1998年开始做高能所的所长,一直到2011年,我主要负责的是北京正负电子机重大改造工程,它包含了同步辐射,还有一个散裂中子源。我在做博士研究的时候是做粒子物理实验的,后来我又在北京研制了这个阿尔法磁谱仪(丁肇中教授的阿尔法磁谱),因为丁肇中先生是我的合作导师。那么我们在北京做了人类送入宇宙的第一个大型磁铁,它现在还在国际空间站上运行。可以说我在丁肇中那儿做Ph.D.,以及后来参加的合作都是做粒子物理实验的,包括做阿尔法磁谱仪也是。

  那么,人是很难预料到你自己在今后的职业生涯或者科学生涯当中会承担什么样的工作,会扮演什么样的角色。只能说你自己准备好了,你可能抓住发展的机遇,能够完成赋予你的任务。那么我们自己该怎么准备?我觉得第一个是要认真的学习。我感觉现在社会上的诱惑太多,从小学、中学到大学到研究生,各种各样的诱惑使得很多人没有办法静下心来好好学习。所以我认为还是要刻苦的学习,热爱科学,要珍惜宝贵的时间,特别是国科大和北大的研究生同学,我觉得要珍惜宝贵的时间。

  还有,你以后到社会上用的不一定是你学过的东西,但是西方有一种比较极端的观点,是说你受教育的成果就是你把你学的东西都忘掉以后留下的。实际上我觉得还是分析问题、解决问题的方法和思维是最重要的。你掌握了方法,不论遇到什么事情,你最后都能够去面对,去找到规律,去迎接挑战。

  刚才讲到北京正负电子对撞机重大改造工程,当时的挑战非常严峻。对撞机的改造要把亮度提高一个量级,那么美国康奈尔大学知道我们要做的事情,他们也要在三年之内提高一个量级,所以对我们压力非常大。而当时国内正是处在科研经费不足,人才流失,各方面非常困难的阶段。所以在这个时候,我认为要头脑清楚,客观分析,不要被这些表面的现象,或者是一时的舆论所左右,而是实事求是,进行科学的分析,能够下定决心,不为一时的现象或者一时的潮流所迷惑。

  此外,我觉得就是要实事求是。尊重科学,热爱科学,尊重科学规律,不要有任何半点虚假。还有一点非常重要,我觉得就是要热爱祖国。中华民族的伟大复兴,我认为现在最关键的问题是我们能不能实现高水平科技自立自强。如果我们在这一点上被卡住了,我想我们很难真正地做到复兴。我是八十年代在MIT拿的博士学位,当时回国的人很少,但是我始终觉得中国的科学技术归根结底是要靠中国人在自己的土地上去发展起来的,所以我毫不犹豫地回国了,也成为我国第一个博士后。

  尊重科学、头脑清楚、实事求是、热爱祖国,我觉得这是我最重要的体会。