朱棣文自傳

朱棣文（Steven Chu，1948年2月28日－），美國物理學家，生於美國聖路易斯；華人血統，因為“發展了用雷射冷卻和捕獲原子的方法”而獲得諾貝爾物理學獎（1997年）。現任美國能源部部長。

基本介紹

• 中文名：朱棣文自傳
• 身份：美國物理學家
• 出生：1948年2月28日
• 現任：美國能源部部長

學術成就

朱棣文於1976年取得美國加州大學柏克萊分校物理學博士學位，1993年獲選為美國國家科學院院士，1997年以關於原子和粒子的雷射冷卻的研究，獲得當年的諾貝爾物理學獎，成為繼楊振寧、李政道與丁肇中後，第四位榮獲諾貝爾物理學獎的華裔，時年四十九歲。

他亦是史丹福大學物理學教授、中華人民共和國中國科學院外籍院士、中國台灣地區“中央研究院”院士、加州大學華裔學者協會創會理事以及曾為哈佛大學校長候選人之一。

現時，他是勞倫斯柏克萊國家實驗室（Lawrence Berkeley National Laboratory）主任，隸屬於美國能源部，是美國歷史最悠久的國家級研究室。最近幾年在朱棣文的領導下，主要研究將太陽能電力轉換成化學燃料和創造或改善有機體，再將有機體轉為化學燃料，使美國成為全球替代能源和再生能源的主要研究國家之一。

出任美國能源部長

美國總統巴拉克·歐巴馬提名朱棣文出任能源部部長，他是繼前勞工部部長趙小蘭後，第二位出任美國內閣首長的華人，更是首位擔任美國內閣首長的諾貝爾獎得主。朱棣文負責美國聯邦政府能源政策制定，能源行業管理，能源相關技術研發、核武器的研製和管理，防止核擴散等重要工作。美國政府未來在制訂能源政策時，將面對前所未有的挑戰，能源部部長將擔當一個更加重要的角色，而朱棣文被認為是肩負這項重任的理想人選。

家庭

父親朱汝瑾（Ju Chin Chu），1940年畢業於清華大學化學工程系，1943年到美國就讀麻省理工學院，1946年獲博士學位後定居美國；“中華民國”中央研究院院士。 母親李靜貞（Ching Chen Li），1945年畢業於清華大學經濟學系，麻省理工學院工商管理博士。 哥哥朱築文（Gilbert Chu），史丹福大學醫學院教授。 弟弟朱欽文（Morgan Chu），律師事務所合伙人。 妻子簡·朱(Jean Fetter)，英國物理學家，生於英國威爾斯，任史丹福大學助理校長兼招生辦主任。 與前妻（Lisa Chu-Thielbar）育有兩子。

軼事

大學之前

朱棣文在中學時表現並不出色，成績只是中等，本身愛繪畫，所有的科目中，他只對幾何學和部分的英文課有興趣。

他認為讀書一定要帶著批判精神，要重視推論過程，而不僅是結果，另外就是要深入和有創造力。

我的父親名叫朱汝瑾，1943年來到美國，在Massachusetts技術研究所學習化學工程，以繼續他的學業。兩年之後，我的母親李靜貞與父親聚合，並學習經濟學。而在上一代，我姥爺就讀於康奈爾大學並獲得了土木工程學高級學位，而姥爺的兄弟則在索邦神學院（巴黎大學前身）跟著佩林學習物理學，他們學成後回到中國。當我的父母在1945年結婚時，中國正處於內戰狀態，回去的機會愈加渺茫，他們只好決定在美國重新安家。我和我的兄弟們正是這種典型的學術遊牧生活的一部分：1946年我哥哥出生時，父親就要完成他在麻省理工學院的學業；當我於1948年在聖路易斯出生時，父親正在華盛頓大學任教；而當弟弟出生時，父親剛剛在布魯克林理工學院謀得教授職位。

1950年，我們定居到紐約的花園鎮。這是一個可到布魯克林理工學院上班的臥室社區。此前這個擁有25000人口的城鎮只有兩戶華人家庭。然而對父母來說，遷居的決定因素是公共教育系統的質量。學業在我們家不僅僅是被強調，這簡直就是我們存在的理由。事實上我所有的叔叔阿姨都擁有科學或工程的博士學位，朱家下一代繼承這一傳統是理所當然的事。當一切塵埃落定，我的兩個弟兄和四個堂兄妹獲得了三個碩士學位，四個博士學位，一個法律學位。我只獲得了區區一個高級學位。

在這個個個都是有深厚造詣的學者的家庭之中，我在學業上簡直就是個笨蛋。在學校里我也很努力地學習，但與哥哥相比，我的成績實在平庸。我哥哥的功課累計平均分創新了我們高中的最高記錄。我以一種效率並不高的方式學習。有時候，我會把我的精力集中於某一特別課程，沉迷不能自拔，用我媽媽的看法就是，我太注重細枝末節，而不是把時間以更加合理的方式分配到各門功課中。

多數作業在我看來根本不是智慧之旅，簡直像做家務瑣事一樣無聊。只有面對幾門有相當特別的功課時，這沉悶才被打破，我的心才愉悅起來。幾何學是我記得的第一門讓我興奮的課程。幾何學不是要我們去死記硬背，而是要我們以一種清晰的合乎邏輯的步驟去思考。從少數幾個符合直覺的假定開始，可以推導出非同一般的結論，於是我立刻著手進行法則的證明。我也欣喜地記得，有幾堂英語課要我們閱讀，於是我便興致勃勃地閱讀由同一作者寫的很多書。

我的家庭固然強調學業的重要性，但我的生活並非全部圍繞作業或課外閱讀而展開的。幼稚園畢業後的夏天，經朋友的介紹，我獲知了搭建飛機軍艦的塑膠模型的樂趣。到了四年級，我逐漸積累出一套部件，我快樂地把大把時間花在裝配毫無使用目的的裝置上，裝配的原則僅僅是讓儘量多的部件能動，規模儘量大。臥室地毯上，圍著半成品的裝置經常雜亂地擺放著數百個金屬“支架”和小螺絲螺栓。善解人意的媽媽允許我花幾天的時間把這個項目做完。當我年紀漸大，我的興趣擴展到化學上。我和我的朋友自製火箭，部分經費來自父母給我的學校午餐費。有一年夏天，我們的興趣轉移到為鄰居進行土壤酸度及缺失養分的測定業務上。

我也發展了在運動方面的興趣，與鄰家小孩在附近的校園裡進行非正式比賽，項目包括觸身式橄欖球，棒球，籃球，偶爾還有冰球。到八年級時，我通過讀書自學了桌球，第二年，我以“第二梯隊”替補隊員的身份加入了學校球隊。這一身份維持了三年。我還用從附近地毯店買的竹竿自學了撐桿跳。不久，我就能越過8英尺，不過還沒有好到可以參加田徑隊。

我的物理老師，Thomas Miner 非常有天分。直到今天，我依然記得他是如何介紹物理這門課程的。他說我們準備學習的是處理諸如物體在重力加速度作用下如何下落這些非常簡單的問題。結合猜想與觀察，想法就能變成經得起實驗檢驗的理論。物理學所研究的這些問題，與人文主義所關心的問題相比簡直就是微不足道的。如果我們不考慮物理學的現代目的，以這種方式獲取的知識在經過實驗的最終裁決後，就可以轉化為智慧。

除了對這門功課的難以置信的清楚而又精闢的介紹之外，Miner先生還鼓勵我們進入實驗室搞項目。在花園鎮高中最後一個學期，我建造了物理擺鐘，用它來“精確地”測量了重力。那幾年搭建模型的經歷中獲得的技巧可直接用到了鐘擺的製作上。巧合的是，25年之後，利用原子噴泉干涉實驗中獲得的雷射冷卻原子，我開發了這一測量工具的精確版本。

高年級的秋天，我申請了幾所大學，然而由於高中時平均分相對較低， 我被長春藤盟校拒了，但被羅切斯特大學錄取。與我相比，哥哥上的是普林斯頓大學，兩個堂（ 表）兄弟（或姐妹）上了哈佛大學，還有一個上的是布林莫爾大學。我的弟弟在學校太過優秀，無需家庭壓力，高中尚未畢業，不用學理科就進入了大學。（他在哈佛獲得法律碩士學位後，又在21歲獲得了博士學位。現在是一個重要律師事務所的管理合伙人。）當我進入大學時，我安慰自己道，我終於走出了耀目家庭的陰影，從此可以成為一個籍籍無名的學生了。

羅切斯特大學的歲月

初到羅切斯特大學，我有著和其他新生一樣的心情：一切都是新鮮的，令人激動不可抗拒，然而不同的是，這裡至少沒有人聽說過我的弟兄和堂（表）兄弟姐妹。我報名參加了一門為期兩年的介紹性物理課程，以《費曼物理講義》為課本。這本講義令人著迷，充滿啟示。費曼把物理學變得異常美麗，他對物理學的愛透過每一頁紙表露無遺。至於學著去做習題集就是另外一回事了，數年之後我體會到，他在給出答案時簡直就是魔法師。

到了大學二年級，我對數學越來越感興趣，宣布我要主修數學和物理。與那一年的物理學教師相比，我的數學教授非常優秀。要不是因為費曼講義，我幾乎要明確放棄物理學了。數學的部分吸引力在於其社會功能：做為一名低年級的大學生，有幾個數學教授認可我，邀請我參加了幾次系裡的會議。

要將數學和物理學結合在一起顯然是成為一個理論物理學家。我心目中的英雄是牛頓，麥克斯韋，愛因斯坦，以及當代巨人如費曼，蓋爾曼，楊振寧和李政道。我的課程並不強調實驗對物理學發展的重要性，我也一直被灌輸這樣的思想，最聰明的學生將成為理論家，其他人則被趕去做實驗操作人員。可嘆的是，我忘記了Miner先生在第一堂物理課所說的話。

伯克利大學的歲月

懷著成為理論物理學家的夢想，我申請去伯克利,斯坦福, 石溪分校 (楊振寧在那裡!)以及普林斯頓。最終我選擇了去Berkeley，並於1970年秋天入學。當時，物理學所提供的工作崗位數正在萎縮，年輕理論物理學家的前途尤其堪憂。關於做理論物理學的將要面臨的風險，系裡曾經告誡我們說：除非我們能做到像費曼一樣優秀，否則最好還是轉到實驗物理學領域去。就我所知道的，這一告誡無論對我還是對同道學生都毫無效果。

在我通過了資格考試之後，Eugene Commins招募了我。我很敬佩他知識面的寬廣，教學水平的高深，但還沒有學到他的那種使所有學生都能發揮最好水平的神奇能力。他的beta衰變的實驗已進入尾聲，他正環顧四周以確定一個新的研究方向。此時他正對天體物理學感興趣，於是要我思考臨近耦合對下（不懂_譯者）關於原恆星形成的問題。這個夏天，我便往返於羅切斯特大學和伯克利大學國家射電天文學天文台，試圖通過高紅移射頻的源頭星系來測試宇宙減速問題，由此進入天體物理學。但是在接下來的兩個月里，我不再研究他給我的理論問題，相反到實驗室玩了起來。

我的一個“玩樂式實驗”是由我對古典音樂的興趣所驅動的。我注意到一個人可以聽到鋼琴師在快速演奏時彈出的跑調的音符。簡單地來評估一下頻率準確性， Δv指音符持續時間的倍數，Δt不會滿足不等關係式ΔvΔt≥1。為了測試耳朵的頻率靈敏度，我聯繫了一個音頻振盪器進行線性傳導，由此產生可持續很長時間的聲脈衝。然後我要求我的研究生同學將隨意獲取的音頻的音調與另一個音頻震盪期通過調節旋鈕產生的聲調進行比較，直到聲調的聲音聽起來是一樣的。具有音樂耳朵的學生，所聽到的聲脈衝群如“click”的核心音頻的精度能達到ΔvΔt~0.1。

到這個時候，事情再清楚不過了(甚至對我自己)，我作為實驗者會更快樂，於是告訴了導師。他同意了，讓我開始做beta衰變實驗以尋找“第二類電流”，但是在經過一年的建造之後，我們放棄了，轉而開始做高Z類氫離子的蘭姆移位的測量工作。1974年，Claude 和Marie Bouchiat發表了他們的學說，尋求原子躍遷中的奇偶不守恆效應。由Weinberg，Salam和Glashow提出的弱力、電磁力相互作用的統一理論認為，必然有一種除了電荷力之外的中立的力作為弱相互作用的介質而存在。這樣一種相互作用就決定了，磁偶極子轉換時對左旋或右旋偏振光的吸收會有輕微的不對稱。Gene總能找出那些最能觸及物理學的最基礎領域的問題來做。桌面上的實驗就能為高能物理學提供決定性的證明，我們對這一前景充滿憧憬。這一實驗需要藝術級的雷射器，而我的導師對此一無所知。我衝動地告訴他不用著急，我可以建造它，立馬就能運行起來。

這是一個令人激動的實驗，整個世界都在密切地關注著我們。每過幾個月，Steven Weinberg 就會聯繫我的導師，希望能聽到關於奇偶不平衡效應的訊息。Dave Jackson,一位高能物理學理論家，有時候會與我在大學游泳池碰見。見面時他會睨視著我，簡單地問：“有結果了嗎？”言下之意就是,"有這么重要的工作等著你做，你怎么能游泳呢？"

實驗做到中途，我對導師說，作為一個研究生，我已經做得差不多了，於是他將我的身份提高到博士後。兩年以後，我們和三個研究生髮表了我們的第一份結果。然而很不幸的是，我們被搶先了：就在幾個月前，斯坦福直線對撞機的完美高能實驗已經給出了在電子和夸克之間存在中立的弱相互作用的確切證據。不過，1978年春天，Berkeley 大學還是給了我一個助理教授的職位。

在Berkeley 大學度過了我研究生和博士後的日子，這時系裡正擔心學術近親繁殖。作為解決辦法，他們可以聘用我，也允許我在伯克利大學自立門戶之前立即休假。我愛伯克利，但是我深知我的科學視野還很狹窄，這正是我開闊視野的絕好機會。

貝爾實驗室的歲月

1978年秋天我加入貝爾實驗室。在兩年之中這裡聘用了大約兩打充滿活力的年輕科學家，而我是其中之一。我們感覺我們是“被選定的人”，沒有義務去做研究之外的任何事情。做科學的快樂與激動瀰漫在整個廳堂之中。狹促的實驗室和辦公隔間迫使我們彼此打交道，互相跟蹤對方的進展。在研究會上，會後普遍進行這熱烈的討論，這討論延伸到午飯桌上，延伸到網球場上，延伸到社交會上。氛圍如此熱烈令人無法割捨，於是我再也沒有回伯克利去。對此，今天我有負罪感，但我想系裡能理解我的決定，也應該原諒我了。

貝爾實驗室管理層給我們以足夠的經費支持，保護我們免於外面官僚作風的侵擾，並告訴我們不要僅僅滿足於做“好的科學”。我的系主任，Peter Eisenberger，告訴我在決定做什麼的前六個月里，要把時間花在圖書館和與人討論上。一年之後在一次業績審查會上，他斥責我道，除非你“開創一個新領域”，否則永遠不要滿足。我回答說，要是能這樣做我就太高興了，但是你心裡在琢磨什麼新領域，你總得給我點提示吧。

在貝爾實驗室的第一年，我寫了一篇關於X射線顯微鏡技術研究現狀的回顧性論文，與 Hyatt Gibbs 和Sam McCall開展了一項關於紅寶石能量轉移的實驗。我也在計畫進行電子偶素的光譜學分析的實驗。電子偶素，是一個由電子和它的反粒子組成的微粒，被看作是所有粒子的基礎。雖然早在1950年就發現了電子偶素，但對它能級的精確測定一直就是很難實現的目標。問題在於，在它們出現之後，僅僅經過140x10 秒，就會湮滅為伽瑪射線，在任何給定的時間要捕捉到足夠的電子偶素都是不可能的。當我開始這項實驗時，已經發表了十二次進行它的光螢光特性的嘗試。那些花了足夠多的時間和金錢的人，只能發表他們失敗的結果，以此回報資助他們做這項研究的機構。

我的管理層認為，我做這項不可能完成的任務，簡直就是自毀前程。經過兩年的努力，毫無結果，於是他們強烈地要我放棄我的追求。但我很頑固，因為我有秘密武器：他的名字叫Allen Mills。我們的優勢能完美地互補，最後，他幫我解決了雷射問題和測量問題，而我幫他解決正電子問題。最終我們設法觀察到在雷射脈衝下伴隨的四個粒子生成的信號！兩年之後，每個脈衝可以伴隨20個粒子，我們最佳化了我們的方法，得到了原子體系之中量子電力學修正的最精密測量方法之一。

到1983年秋天，我成為量子電力學研究系的領導，並搬遷到位於新澤西州Holmdel的貝爾實驗室的另一個部門。這時我的研究興趣又擴大了，我用皮秒雷射技術去探測正電子，將之作為觀察金屬-絕緣體轉換以及安德森定域化的潛在系統。使用這一儀器，我意外地發現了違反直覺的脈衝傳播效應。基於原子的閾值電離能將能量解析度提高一個數量級以上的原理，我想建造一個新的電子分光計，計畫進入表面科學領域。

在設計電子分光計時，我開始與Holmdel的同事，Art Ashkin，非正式地討論。Art曾經夢想用光捕捉原子，但管理方在四年前終止了這一工作。有一個重要實驗表明了雙極子力，但實驗者走進了死胡同。我開始認識到，要想用光捕捉原子，首先要將他們極度冷卻。雷射冷卻技術將使得Art Ashkin的夢想有實現可能，而且還有更多其它用途。我迅速地撇開了絕大部分其它實驗，和我的新博士後，Leo Holberg，我的技術員，Alex Cable，開始了我們的雷射冷卻實驗。這拉開了我們在雷射冷卻和原子捕捉實驗上的序幕，構成了我的諾貝爾演講的主題。

斯坦福的歲月

在貝爾實驗室的生活，如Mary Poppins所說，“每一方面都非常美好”。然而，到1987年，我決定離開我安逸的象牙塔。Ted Hansch 已經離開斯坦福，成為Max Planck研究所量子光學的共同指導者，我被去代替他。在幾個月的時間裡，我也收到了伯克利和哈佛的聘書，我想這些位置是他們能提供的最好的位置。貝爾實驗室的管理方成功地讓我在貝爾實驗室呆了8年，但是我以我的導師Gene Commins為榜樣，在更多的科學領域都能開花結果的想法愈加強烈。

Ted Geballe，我在斯坦福的很牛的同事，早年也是沿著從伯克利到貝爾再到斯坦福的軌跡一路走來的，他如此描繪我們的動機："大學裡工作的最佳部分是學生。他們初生牛犢，充滿熱情，思路開放，還沒有在為生活而奮鬥的道路上留下傷痕。他們並未意識到這些，但他們是我們的社會所能提供的最佳機遇的接收者。假如有一顆心曾經有創造的自由，正是這個時候。他們從相信課本就是權威的階段走來，最終，他們領會到課本和教授並不知道一切，他們開始按照他們自己的思路想問題。於是，我開始向他們學習。"

我在斯坦福的學生也是出類拔萃的，我從他們身上學到更多東西。我工作的很多部分，例如關於偏振梯度冷卻需補充的細節，原子噴泉鐘的實例，原子干涉計的開發，基於Raman脈衝的一種新的雷射冷卻方法的研究等，都是在斯坦福和我的學生也是合作者一起完成的。

在繼續從事雷射冷卻實驗和原子誘捕的同時，最近我也冒險進入聚合體物理學和生物學領域之中。1986年，Ashkin表明，在貝爾實驗室製作的第一台雷射原子捕捉裝置對植入水中的微小玻璃球也能起作用。在我來到史丹福大學後一年，我通過將微米級的聚苯乙烯球附在分子末端的方法製作“光學鉗子”，以此對單個的DNA分子進行操作。我的想法是將兩個光學鑷子引入到光學顯微鏡中，以抓起粘合在分子末端的塑膠柄。Steve Kron，一位醫學院碩博連讀的學生在晚上將我介紹到分子生物學領域。到1990年，我們能實時地看到我們將一個用螢光標記的DNA分子從水裡面拖出來的景象。學生們發現，我們使用的第一個操作步驟中，成功很大程度上是靠的運氣，於是他們將之進行改進。運用這一新的工具，我們能同時觀察並操作單個的DNA分子，我們組開始回答困擾了幾十年的聚合體動力學問題。更加令人振奮的是，我們去年有了新發現：在同樣起始狀態下的單個分子，將選擇幾種截然不同的途徑達到新的平衡狀態。這種“分子個人主義”在以前的聚合體動力學理論或者模擬中是從來沒有預見到的。

我已經在史丹福大學呆了十年半了。系裡面和校方對我的持續的要求，以及為申請經費而不斷增加的工作偷去了我許多寶貴的思索時光，我不由得經常想念在貝爾實驗室的逍遙日子。然後，我又想到了我和我的學生，博士後們在斯坦福這段日子裡怎樣的一起工作，怎樣的共同成長。

（我不是物理學專業，對涉及到專業領域的內容翻譯可能有誤，請讀者自行甄別。譯者，楊永臣）