丨未来 • 人丨 丁洪:成功者当如沙砾

导语：

2015年8月31日，。

物理所研究员、北京凝聚态国家实验室常务副主任和首席科学家丁洪与未来论坛面对面，畅谈自己的科研之路及对创业和教育等问题的看法。

科学家的言语简洁明了，却自有其直达人心的力量。恰如丁洪老师提到的GRIT精神之原型——沙砾：外形朴实无华，却坚定地闪耀着千万次磨砺后的光芒。

1未来论坛：您的课题组主要研究方向有哪些？

丁洪： 我们做的叫角分辨光电子能谱研究，用X射线打到样品上，把电子打出来，测光电效应，测量物体中电子的状态。我们以前做的比较多的是超导体，特别是做高温超导体。回国之前，我做的是铜氧化合物高温超导体。08年回国之后，出现了铁基高温超导体。这七年中，做得最多的是铁基高温超导体，中国在这方面做得很好。后来我们又做了一些拓扑绝缘体以及最近的外尔半金属。我们在上海光源的梦之线建好之后是适合做拓扑材料的。因为梦之线有一个特点，就是它的X射线的频谱非常宽，从20到2000eV。低能一般是测材料的表面电子态，高能的话就可以测它的体态。因为拓扑材料正是具有表面态和体态之分。用一条线把两个态都测出来。所以我们梦之线建好之前就在说，我们要开始做一些拓扑材料，因为这条线是非常合适的。后来就做了这个外尔费米子。外尔费米子也是我一直比较感兴趣的。很早就听说杨振宁先生对外尔很推崇。我们其实更多的还是做高温超导体。想解决高温超导体的机理问题。

2未来论坛：您能不能用简单的普通大众可以理解的方式，来解释一下外尔费米子到底是什么呢？

丁洪： 其实我们熟悉的基本粒子，比如质子、电子，都是狄拉克费米子，是遵守狄拉克方程的。外尔在狄拉克方程提出后一年，也就是1929年的时候，提出了外尔方程。外尔费米子有两个特点。一个是它手性是分离的，手性分离就保证了它是无质量的。狄拉克费米子绝大部分是有质量的，很少发现有无质量的。外尔预言了一个无质量的带有手性的费米子，但很快就把它否决了，因为手性分离，左手性和右手性是左右不对称的，左右不对称他就认为不好，不美。‘I always tried to unite the truth with the beautiful; but when I had to choose, I usually chose the beautiful（我总是试图将真理与美统一起来。但是当我只能择其一时，我通常会选择美。）他就是要选美的。1957年的时候，，这就是所谓的宇称不守恒。宇称不守恒提出来之后，别人又回过来看外尔方程，就发现它其实是一个很好的描述中微子的方程。但是1998年又发现中微子有质量，不是外尔费米子。所以外尔费米子在宇宙中一直没人找到。我们现在所谓找到的外尔费米子，其实准确地说，是具有外尔费米子属性的准粒子, quasiparticle。准粒子不是一个基本粒子。现在有些人相信宇宙间的基本粒子其实是宇宙真空激发的准粒子，你可以想象它是体现着整个宇宙的集体性。所以在这层意义上面两者又可以统一起来。

外尔费米子很重要的就是它没有质量。你想象一下，电子是无质量的话，传输的时候会更加有效，低损耗或者零损耗。我们凝聚态物理追求最高境界就是想把电子态从一种态变成另外一种态。比如说超导体，追求的就是把电子从费米子变成玻色子。怎么变？就是两个费米子形成配对。这样的话，它的自旋本来是二分之一，二分之一加或减二分之一就成整数，成了玻色子。这个时候是转变了电子态的属性。外尔费米子是从狄拉克费米子转化成分开的具有不同手性的费米子，事实上追求的是态的转化，它可能带来一些比较奇特的属性。对我们来说，因为它是一个连接固体物理和高能物理的一个桥梁，所以觉得很感兴趣。

外尔费米子

3未来论坛：外尔费米子发现后， 有报道说科学家发现幽灵粒子， 可实现智能手机待机一年。 您怎么看待这个报道？

丁洪： 我真的不知道这个是谁传出来的（笑）。这完全是个夸张。假设它没有质量，是个低损耗或者无损耗，它是可以不耗电的。但是一旦要释放能量，光通电流还不够，还要做功的话，必须要有消耗。比如说显示屏要发光的话，就会有损耗。所以说这个说法是很片面的。可能说你中间的这个芯片，通过它耗电是非常小的，损耗肯定还是要损耗的，因为你要做功。所以这个说法是很不靠谱的（笑）。只可能说是减少热损耗。芯片最大的问题就是热损耗。现在的芯片不运转的时候和它运转的时候耗的能几乎一样。你看手机有时候很烫就是这个原因。不过即使是这点，从外尔半金属来说，都是比较遥远的。只能说是有可能，理想化的。待机一年这是个误解，只能说有一个新的途径。至于怎么实现，能不能实现，都还是一个很大的问号。

4未来论坛：在未来外尔费米子有哪些可以期待的实际应用呢？比如量子计算机，有没有可能呢？

丁洪： 现在谈应用还是为时过早了。量子计算机也是比较遥远的。量子计算机可能跟另外一个叫做马约拉纳粒子的关系更大，因为它要遵循一种叫做非阿贝尔统计特性。外尔费米子的可能性更小。话说回来，外尔费米子对应的另外一个就是石墨烯。石墨烯其实是人们发现的第一个无质量的材料，含有狄拉克锥。但是狄拉克锥很容易被破坏。外尔费米子有两个相反的手性，给它分开，成为两个锥，这样就保证它能无质量。石墨烯的发现是获得了诺贝尔奖的，它获得诺贝尔奖其实在物理上很大的意义是因为它的无质量，也就是所谓的遵守狄拉克方程，具有相对论效应。在这个意义上，外尔半金属是一个三维的石墨烯，并且具有更强的拓扑保护性，无质量更强。当然，石墨烯有很多其它的性质非常好，比方说机械性质、化学性质非常稳定等，不光是自身无质量这件事，它有其它好的性质。

石墨烯

5未来论坛：您觉得未来10年、20年甚至是100年，基础物理会对未来人们呢的生活产生哪些本质的改变？

丁洪：我只能说我的本行，凝聚态物理，就是固体物理。在固体物理中，现代人类生活的变化很大一部分是由于固体物理的进步。最明显的就是半导体，我们手上拿的所有的都和它有关，手机、照相机都是这样的，还有激光的发现，GPS的发明。是固体物理，也就是材料的发现，改变了人们的生活。将来还会有什么？如果说高温超导体能够到室温，那将也是个巨大的改变。像阿凡达电影中的山可以悬浮起来，那些山就是室温超导体，那个星球是带有强磁场的，在磁场里面，超导体是悬浮的。超导体一是通电流无损耗，第二是超导体可以产生强磁场，第三是它可以应用在通讯上。

悬浮山

我觉得室温超导体是很有可能改变未来人类生活的。有没有可能出现其它一些奇妙的材料呢？比如说能取代硅作为无损耗的半导体？这个也是有可能的事情。再有一个就是量子计算。今天我看到一篇文章，就是在《Nature》上发表，关于entanglement，也就是量子纠缠的。这个本身就是我们所听说的中科大的潘建伟所做的量子通讯。量子通讯如果能做到远距离的话，把它的loophole封掉之后，其实是对基本物理基本概念的一个冲击。另外天体物理中，能发现系外生命的话也是很令人激动的。当然，生物学上就更多了。我对生物是最看好的。数学也很重要。物理的进步就是因为有数学。生物相对来说为什么没有像物理一样进展这么成熟这么好？就是因为没有找到适合的数学语言，所以没法表述。所以现在有些物理学家做生物，像汤超，做得非常好。他们也是试图在找到合适的数学语言。有次我碰到张益唐，他很厉害，做数学的很多是神人（笑）。物理为生物提供了很多手段。像施一公做的，都是使用很多物理手段的。现在科学是在加速度发展，一种互联网+的思维。我们也是这样。比如说遇到像外尔费米子这种问题，我们就问，谁会做计算，谁会做测量，谁有什么设备，再把这些人串在一起。你不要说我自己全部都会，全部设备都有，这不可能。你知道谁有最好的设备，跟他去联系，这个是所谓的众包、众筹的方法。这个肯定是科技的新的发展模式。现在很多人都在使用这种方法。

6未来论坛：您曾经谈到过，希望自己在国外的经验能为中国的科研体制注入新的元素。您怎么看待中国现在的科研体制？

丁洪： 中国的体制其实应该说有一些其实很像国外的。自然科学基金委就是仿照美国NSF做的，。但是中国有自己的特色，其中有一些是它的古老的传统。对长辈、老先生比较尊重，这点是非常明显的。在国外，像John·Nash，他去获个大奖回来出车祸，在中国就不大可能，不可能说接不到。在国外就觉得这种事情无所谓。这种事情有很多。像物理界的Phil·Anderson, 他是被称作the God of Princton的，但也没人把他作为god，没有这个习惯。但是在中国，很多人离他还差得很远，都被一些单位供奉得像神似的。中国的批判精神、自由探索精神和挑战精神都不够。国外是非常讲究这个的，就是敢说。中国的许多准院士们都不说话，不提反对意见，这个对学术是不好的。学术应该是平等的。我们国家的学术平等精神是欠缺的。

另外一个就是中国缺乏所谓的“winner takes all”，就是胜者全赢的理念。

国内喜欢大家都分一点。有个什么课题，你来做点，他也来做点。

第三个是缺乏冒险精神。像我建梦之线，当时就说你必须只能成功不能失败。因为有风险，当时有人反对，差点上不了，说你这个风险太大了。但没风险的，谁都做得出来的，肯定不是第一的。我觉得在中国这种追求极致的心理还是不够的。所以我们希望企业界和有些民间力量能够支持配合科研事业。你觉得这个人好，就支持，让他去做。即便他的想法很奇怪，也可以做。我觉得这种精神还是缺乏的。这个第一跟体制有关系，第二跟教育方式也有关。中国的教育更注重掌握一些知识，而不是通过自己去把知识的创造过程再重复一遍。这个在中国很欠缺。

但是总体来说中国现在进步是很大的。现在中国的水平，特别是在超导体方面明显是能跟世界上任何一个国家相抗衡的。我们这次去瑞士做报告我就感觉非常明显。在一个session中做报告的一共有五个人：两个欧洲人，三个中国人，中国的报告水平明显高很多。这在以前是很少见的事情。我们超导做得好是因为团队比较多，我们超导界比较团结，有合作精神。我希望其它行业也是这样。特别是生物，我听说生物还差得比较大，生物要是能上去那就非常好了

7未来论坛：现在整个科研环境比较浮躁。您在做科研的过程中有没有考虑过放弃, 或者说您是怎样坚持下来的？

丁洪：我的经历可能不是一种特别有普适性的经历。我上次和张益唐说，我跟你正好相反：你是特别不顺，所以做出来了；我的一辈子一直是非常顺，我就没有遇到过不顺的事情。从我研究生的时候开始，就很顺。然后博士后也很顺。在美国做faculty很顺，回国来很顺，现在做外尔费米子也很顺。几件事，几个发现，我都赶上了。其实我做物理也是很偶然的。原来我是做计算机的，我是靠计算机竞赛，全国第一批计算机竞赛，保送到上海交大去的。后来是我父亲，以前想读物理没读成， 就让我读物理，强迫我改掉专业。我物理的天分跟我计算机的天分是没法比的。

未来论坛：那您觉得可惜吗？

丁洪：（笑）现在觉得也不可惜。但是他们说我对物理有很好的直觉，知道什么重要。这在物理界是重要的，在生物界也是一样。你要是花时间做不重要的，意义肯定就不大。所谓机遇好就是知道什么是重要的事情，我们把它做下去，把问题解决掉，做在前面，发现得早。所以我也没什么太不顺的，也没有放弃，因为一有不顺我肯定就做计算机去了（笑）。我的计算机很好，那时候计算机的工作又那么好找，之所以没做是因为物理的路走得太顺了（笑）。如果我处在张益唐的情况，那就真的很难。所以我对他特别佩服。他真的是爱好数学。其实爱好是很重要的。物理是有挑战的。我还是喜欢有挑战的事情。比如我从来也没想过回国，一下子就回来了，也没想很多。有个机会，感觉不错，就这样而已。有机会的时候要把握住。

8未来论坛：您从一个科学家的角度对正在创业的年轻人有什么忠告和建议？

丁洪：我觉得创业非常好。做科学做得好其实也是种创业。你跟着别人做是不行的，你要创新。我其实很多朋友是做创业、投资的，是企业界的。我跟他们也交流过。

现在看来成功的人有一个很重要的品质，叫grit，本义是沙子中间发亮的小颗粒，形容你对一件事有长期的强烈的兴趣。人要成功这个是最重要的。你如果对一件事有持之以恒的专注和热情，就不会觉得苦。创业也是一样。我对某件事有兴趣，我就会去追求，去花时间。经常有些人碰到挫折就放弃了，这样就做不成事情。第二就是有些人退路太多。人不能给自己留退路。一有退路的话，你就患得患失。我看很多人，看我以前的学生，成功的人其实很多是没退路的，只有成功，才能体面地活下去。为什么大家经常看到很多出国的人会成功？因为在国外没有退路，只有华山一条路可以走。创业也一样，退路太多就不行。

9未来论坛：从自身学习和工作的经历来说，您是如何看待国内和国外的教育的？

丁洪：我总觉得中国的教育是有挺大的问题的。问题有两个。最大的问题是教育单一化。教育体制无所谓好或坏，主要要强调多样化。因为社会是多样化的，一种模式造出的人才终归是不行的。教育多样化，中国是非常缺的。美国就有各种不同的学校。第二个问题，就是太过于重视应试，太过于重视所谓的平等。这样一来，考试就不是一种检测的手段而是一种目的。特别是在县城里的一些中学，学习的目的就是为了考试、升学。这样初三高三就成了最难的阶段，最花时间，然后到了大学之后就非常轻松。美国正好相反。美国经常是小学非常轻松，初中紧了，高中更紧，再往上更甚。应该是这样的，不应该是倒过来的。在公平的层面上来说，应试教育是最简单的解决方案，但是我不觉得这是个好的方案。高考在前十五年是个好事情，到后面就慢慢成了个负担。应该要改革，改得更多。比如说升学时平时成绩更重要一些，还要参考其他各方面的评价。这一切说到底还是因为不够多样化。美国从来不怕学校不公平，因为太不公平可以去告学校歧视。有多样化的制度就好办了。高考应该尽快改。太单一化，就只能培养一样的人，都想做一样的事情。有些技能方面，像德国、瑞士，高中毕业的一半都不到，拿到高中毕业证都是做技工去，国家的工业好得很。中国事实上最缺的就是这些人才。中国总不能一直靠民工去撑起经济。教育是个大问题，所以我们一直呼吁要改变。

采访人：

未来论坛学生会 王光宇 王聪

未来论坛 商白

文稿撰写：

未来论坛 商白

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