「科學家有一個通性:不斷要找新東西,而且要在別人之前找到,這是一種drive(動力),這次贏了,下次應該還可以贏,就跟賭博一樣。」穿著髒舊實驗衣的朱經武坐在他凌亂的辦公室(桌上堆疊著資料、報告,書架上散放著科學期刊、鍾嶸詩品箋證稿),一邊談他的科學夢,一邊忙著接電話,回覆記者要求評論世界各地最新超導研究結果。落地窗外,有美國南方的春天。
或許就是被這種科學賭性驅使,在他的專業追尋中,朱經武領導的高溫超導小組一再打破超導溫度記錄,從一個數字賭到下一個數字。
如果人的一生可以總結在一件事,朱經武的科學生涯榮耀就在一九八七年的那一刻寫進歷史。那年,朱經武、吳茂昆以及小組成員把長久以來始終低迷不振的超導溫度,一舉提高到絕對溫度九十八度(攝氏零下一七五度),超過液態氮的沸點(77k,k指絕對溫度,絕對溫度零度等於攝氏零下二七三度)。這次突破不僅意味超導應用將更上層樓(氮的價錢比牛奶還便宜),也再生出一個全球科學研究新紀元。
重燃物理熱
紐約,一九八七年三月,科學家齊聚希爾頓飯店,參加被媒體戲稱為「更像搖滾樂演唱會」的全美物理學年會。為了擠進演講大廳,超過三千名物理學家排了好幾小時的隊,聆聽這場被固態物理專家亞許克夫特(Ashcroft)評為「數十年來最令人興奮的物理發展」的高溫超導論文發表。西裝筆挺的科學家,不惜或躺或坐地板上,觀看電視螢幕的會場實況轉播。
這一刻他已經等了二十三年。留著「湯碗頭」的朱經武夾雜在亂哄哄的人群中,頻頻謝絕鄰座美國地質學家遞給他的三明治。幾分鐘後,他將在全球最頂尖的物理學家前,發表他震撼科學界的新高溫超導研究。面對這一生最重要的轉據點,他既緊張也鎮定。 在這天之前的幾個月,朱經武幾乎沒日沒夜地奔忙,「那時瘦得一塌糊塗,忙得跟孫子一樣。」回憶過去,他不禁宛然。在設備簡陋的實驗室,靠著微薄的經費(一年八萬美元,實驗用氮片、爐子還是跟人家借來),經歷大起(每天溫度上升)大落(實驗結果突然全部燒掉,只剩一堆灰),為的只是追求一個不斷變動的數字。
高溫超導就好像中世紀圓桌武士追尋的聖杯,在詭譎、爭分爭秒的競爭中,個頭瘦小的朱經武,搶先路上的西方科學武士一步,攫獲聖杯。
朱經武的研究成果,重新燃點一道嶄新的物理熱。在朱經武的突破發表之後,高溫超導瞬間變成物理研究最熱門的領域,六年內投注在超導研究的人力、物力,是過去七、八十年的總合。以日本為例,一年平均斥資約兩億美元研究高溫超導。
一時間,高溫超導被科學界視為二十一世紀科技的主流,美國國家科學研究院院長卜瑞斯更倡言,超導是美國未來有無科技實力的試金石。
但,與其說朱經武的成就在於擴大科技應用價值,不如說是他挑戰傳統觀念的科學精神,鼓舞出新的科學夢想。科學家曾斷言,二十世紀物理界最大的謎團是瞭解高溫超導,而根據過去的理論,超導最高的溫度只能到三十幾度,而且要到下世紀才可望實現。朱經武以及他的小組成員掙脫了科學預言的緊箍咒。
點石成金
占據各大報頭條的研究成果,讓朱經武變成家喻戶曉的科學家,也讓超導(superconductivity)一詞,變成日常生活琅琅上口的專有術語;科學家分析,他甚至令原本理性客觀的科學研究,一下子變得狂野起來。
物理學家維達利(Vidali)在他的書「超導--下一場革命?」中詳細描述高溫超導在物理學界震盪起的波瀾。他指出,科學家經常避免使用最完美、最好等主觀字眼,但一碰上超導,物理學家就「變得瘋狂」,一反常態使出所有誇張的形容詞,如:完美、極致(perfect,infinite)來形容超導研究成果。
有人說朱經武像個煉金家,把高溫超導材料乙鋇銅氧等元素化合物點石成金;有人說他所做的實驗像魔術,化不可能為可能。
平常一條牛仔褲、一雙球鞋的朱經武卻自剖,自己只不過是一個平凡不過的「做實驗的人」。
鎂光燈追逐的幕後,朱經武也曾在黑暗灰澀的研究低潮載浮載沈。
一九八七年朱經武突破之前,高溫超導研究已經沈寂多時,自一九七三年物理學家得到二十三度K後,超導的溫度就一直無力上攀,新材料也遲遲不見蹤影。當時全世界做超導研究的實驗室只有三個,美國國科會一年花在超導的經費僅一百萬美元,且分別支持十個團體。
八0年代,超導研究走到谷底,朱經武必須靠做其他研究,拿其中一0%的經費,來支撐他興趣所至的超導研究。很多同行紛紛放棄超導,轉做他行,只有朱經武仍堅持下去。
「那時做高溫超導真會給人家笑。」和朱經武一起突破的小組成員蒙如玲不堪回首地說。
能咬牙堅持下去,是因為他有一個夢想。朱經武一直相信有高溫超導,超導的溫度也一定會提高,而他的職責就是實現這個信念。
渾沌中看見希望
像一般學科學的人一樣,朱經武對於科學也有一種莫以名狀的狂熱,只要實驗室有任何令他興奮的結果,他可以窩在其中不睡覺,就是要做出來。他篤信,做科學像宗教,必須要有信仰,才能做出成績。
他對高溫超導的信仰感染了他的小組成員,大家一星期工作七天,馬不停蹄地做樣品、測試,終於有了突破。那時,當他在外地開會演講,每隔兩小時必定打電話回實驗室問:「What’s the temperature now?」(現在幾度?)
有堅持夢想的傻勁,朱經武還有他過人的專業能力,讓他在渾沌中看到希望。數學大師陳省身曾說,科學家長久面對的困境是想做的東西可能一直做不出來,而在低迷時期要有突破,有無能力是其中關鍵。當眾人都陷在迷宮掙扎時,能看到別人看不到的出路,就是專業能力。陳省身在他女婿朱經武的身上看到了這種能力。
一九八六年蘇黎世IBM實驗室穆勒(K. Miller)與貝德諾茲(J. Bednorz)發表一篇有關鑭鋇銅氧(La-Ba-Cu-O)超導系統的論文,在實驗室成功地將超導溫度提高至三十五度K,雖然因而得到諾貝爾物理獎,並沒有引起物理界太大注意。
但朱經武的眼睛,都在其中看到一種新的可能。
儘管當他讀到論文時,曾經很沮喪,一他的第一個反應是:「完了完了,被人家拿走了。」一但他不因此洩氣,反而立刻要小組的人放下手邊一切工作,重複瑞士的實驗,並且加上他們專精的高壓。果然,實驗室出現讓他們欣喜若狂的結果,溫度每刻在上升。若沒有這道功夫,突破便不可能在這個只有五人規模的實驗室內發生。
誠如科學家所說,發現出新東西或許是靠機運,但是如何利用機運則在人為。在競爭激烈的科學競賽中,朱經武比別人更懂得抓住機會,物理研究員薛禹益體會,如果沒有朱經武,可能還是會有超導突破;但沒有他,就絕不會有接下來的超導熱,更不會有名列世界六大超導實驗室的德州超導中心。
刺激的間諜戰
在發表新聞前,朱經武連要怎麼公布研究成績都先想過,學校公共關係主任則讚許他是休士頓大學最好的發言人,他已經為學校募到超過兩千萬美元的經費。
超導突破將朱經武擠進大物理學家名單,但也令他單純的學術生活頓時變得諸般複雜。正如他置身其中的感受,各實驗室的科學研究經常是差之分秒,在高溫超導的競賽中,由於事關名利(可以留名青史、牽涉數十億美元的利益),各超導實驗室的競爭,也彷同一幕緊張刺激的間諜戰。
當休士頓突破液態氮沸點的消息不脛而走時,好事者或直接或迂迴,千方打探朱經武的超導「祕方」。美國軍方所屬單位甚至以贊助中心經費為由,硬要朱經武透露他的研究結果。
在送去給「物理評論通訊」刊登的超導突破論文初稿上,朱經武把超導乙鋇銅氧123化合物中的乙(Y)誤櫃為鐿(YB)(刻意或無心,至今仍爭論不休),原本在發表前應列為機密的材料元素意外洩漏出去,致使一些實驗室爭相以錯誤的配方做實驗,為這場科研競賽蒙上一團烏雲。
反對者攻擊他缺乏科學道德,為求第一而誤導實驗者;有人則批評他「上窮碧落下黃泉」亂找材料的實驗方法不依傳統;更有人不稍掩飾其憎惡之情,明言「他又不是從哈佛、史丹佛等名校出來的。他是從休士頓來的!」
輩言流語就這樣在狹小的物理圈裡流來竄去,朱經武也曾發火過,但是他還是依然守在實驗室。他知道,只要做出東西來,批評者還是不得不肯定他。
朱經武用四種化學元素震盪出科學界的超導風潮,在他定居的休士頓也湧起一陣「Paul Chu」(朱經武英文名字)熱。
德州之寶
休士頓大學校長皮克林指出,休士頓原為一群富有冒險犯難精神的企業家建立,朱經武勇於嘗試新東西的科學研究精神,正和休士頓的立鎮精神若合符節。
被喻為「德州之寶」的朱經武也改變了休士頓予人的印象。出生德州的中心公關主任蘇珊說,外人印象中的休士頓只有油田,對學術研究是不毛之地,朱經武震撼全球的超導研究,扭轉了這個刻板印象,使世人對休士頓學術評價的眼光重新調整,休士頓大學的學術地位也因而提高。
皮克林進一步指出,過去校長到州議會報告預算,一定被議員再三質問,但只要帶朱經武去,議員一問也不問,就全數通過。
在一次企業界餐會中,朱經武即席說幾句話,當下募到九百多萬美元的研究經費。若有新發現,州長、參議員都會寫信鼓勵他。當柏克萊大學積極招募朱經武的新聞傳出,州長甚至鼓動民眾寫信慰留他。很多關於休士頓的文宣都由朱經武做封面,校長皮克林則戲稱,除了足球明星之外,朱經武是休士頓最知名的人。
休士頓大學土黃色建築群中,朱經武超導中心紅白相間的大樓顯得顯眼異常,這棟專為朱經武而建的建築物,同時也是全校電力最充足、安檢設備最周全的一棟大樓。
不只在休士頓,朱經武在當今科學界也是曝光率最高的物理學家之一。每年約有二、三十場邀約的演講,一個月內至少出城一次,有時他五天內要在四個不同的國家、城市開會,朱經武的研究中心比學校任何一個地方都有國際影響力。
和朱經武有過接觸的一位休士頓商人指出,朱經武有一種特殊的魅力,能用不同的立場和不同階層的人談話,在一次晚宴中,所有出席企業家聽到他在場,都列隊要和他說話。
朱經武同時也為中國人在美國建立了一個研究基地,為加強中心學術地位,他從大陸、台灣延攬資深研究員,對他們而言,朱經武像一張保護傘,護住在當地工作的中國人,「有老朱在,我們只要專心做研究就可以,不必擔心別的。」一名大陸物理學家深有所感地說。
無為而治
管理一個超過兩百名研究人員、一年經費八百多萬美金的學術中心,朱經武秉持無為而治的哲學。他自我塑造的形象是一個典型不拘小節的科學家,桌頭經常紊亂不堪,絕非井然有序的管理者,他曾幽默地說,做材料的人不能太有組織,要有彈性,因此在管理上他是「根本不管」。
提供研究經費的國防部有一次婉轉地建議他,不要用帶小組的方式管理中心。深知自已不善組織管理,他找來過去在IBM工作的同學朱唯幹,把中心全權交由他管理,他則專心致力訂定研究方向。
雖然不諳組織管理技巧,朱經武領導小組追求科學成就,卻有他獨到之處。
盛名在外的朱經武,對內並不刻意塑造他是全能的物理專家。他能聽不同的意見,經常跑去跟學有所長的部屬說:「這東西我不懂,你可不可以教我?」外號「老薛」的薛禹益指出,有時大家討論問題,爭得面紅耳赤,朱經武也不會介意,錯的時候還會承認自己不對。
在突破前,朱經武是埋在德州一個不起眼的研究者,沒有受到物理界的青睞,瞬間而來的名聲並沒有讓他亂了方寸,忘記一起打天下的伙伴。
朱經武對二十幾名小組成員照顧有加,對內對外都不忘刻意提到小組成員的貢獻。發表的論文他經常把自已的名字置於最後,到外面演講也會把成果歸功組員。當別人要引用他的研究結果時,他也會要求把組員名字列上去。
「這是導師的精神。」合作近十年,蒙如玲尤其能感受朱經武的大方。
美國同僚克雷厚則認為道是雙贏的局面,因為朱經武不吝於給人功勞,小組成員對他的忠誠度也就特別高。今天和他一起打拚超導江山的,多半還是當初一起突破的研究者。
待人寬厚
待人寬厚也為他贏得組員的尊重,有一次一個學生不慎把中心僅有的一瓶氦三抽掉,他原以為朱經武會斥責他闖大禍,但出意料之外,朱經武淡淡地說「沒關係」,還安慰他不要掛心。
曾有人評論,朱經武最懂得「讓自已活也讓別人活」的恕道,中心十五個小組間時而會爭名奪利,朱經武領導的小組在各組間以快速聞名,因此有很多原本是別組的構想,都被他完成,但朱經武在發表成果時,一定會先點明這些構想的原始創作者。
「他不會趕盡殺絕,不給人留後路。」來由大陸的一名科學工作者觀察。
結總二十餘年的妻子陳樸不諱言,真正看出他是好人是在他成名後,他對於和他一起工作的伙伴十分熱絡,並沒有忘記過去的朋友。
在朱經武以人為中心的治事風格之下,德州超導中心散發一種獨特的學術氣氛。中心研究員克雷厚形容朱經武的超導中心兼具中西文化合璧的優點,揉雜著中國人的勤奮精神與美國人的辦事效率。
朱經武言談間也不掩得意神色,他自誇走過世界各大實驗室,很少像德州中心這麼有默契、有團隊精神,在許多時候,他們靠團隊力量超越許多單打獨鬥的研究者。
至今他仍有夢,室溫超導便是這個夢想的具體實現。他並自我期許在科學上做一件有影響的事,那就是將高溫超導帶上更高的境界。他希望在有生之年看到超導被人類廣泛應用,解開為什麼有超導之謎,瞭解超導溫度到底有沒有限制?
「光這三樣就玩不了。」雖然一再承諾找到室溫超導就退休,永不滿足的朱經武知道,這是一個或許一生也實現不了的夢想。
超越諾貝爾獎
科學家都說在科學上常因一件事肯定科學家的一生,突破液態氮沸點,為超導應用到日常生活撒下一道曙光,這項科學突破讓朱經武的研究收進物理教科書,成為學物理必備的基本常識。
「這個影響力超過得諾貝爾獎。」物理學家指證。
原先被看好成為第一個為休士頓大學得諾貝爾獎的朱經武,並沒有如願加冕物理桂冠。有人認為或許對他是一種幸運,因為許多研究者在得到被比為「死之吻」的諾貝爾獎後,就什麼也做不出來了。
雖然,他有些遺憾,但是能有機會做自己夢想要做的事,一向笑臉迎人的朱經武仍忍不住謝天:「活在這個時候,真的很幸運。」
什麼是超導?
一九一一年,荷蘭科學家歐恩斯(H. K. Onnes)發現超導,當溫度低於一定臨界溫度(Tc)時,某些金屬會失去電阻。當時歐恩斯發現的材料是水銀,溫度是絕對溫度四度(4k、即攝氏零下二六九度,液態氮沸點)。
此後七十五年,超導的溫度就以極緩慢的速度上升,直到一九八六年,穆勒與貝德諾茲發現一種鑭鋇銅氧化物,可以在三十五度K成為超導,並出現反磁現象(麥斯勒效應),這個發現並沒有引起科學界的重視。
一九八七年,朱經武、吳茂昆領導的超導實驗小組,用乙取代鑭,完成新超導材料乙鋇銅氧化物,俗稱一二三化合物。這個新材料能在九十八度K具超導性,超過液態氮七十七度K的沸點,由於氮占空氣中的四分之三,便宜易取,所以引起科學界極大的迴響。
超導如果能應用在日常生活,將不啻一場科技革命。以台電運送電力為例,每一百度即因有電阻損耗六度,如果可以把超導做成電線,則可以減少電力損失,電力公司每年將可省下數十億美元的支出。此外超導也可以做成磁浮列車,應用在醫學原子電磁共振掃瞄器、太空等實驗。
雖然名為高溫超導,但是溫度還是在冰點之下,物理學家認為超導如果真正要為應用到日常生活,必須把溫度提高到室溫,且要改良超導材料,目前超導材料是瓷,易脆、延展性不夠。
朱經武所在的德州超導中心,目前發展出一套特別的合成技術,從汞鋇鈣銅一二二三化合物將超導的絕對溫度升高到目前的一六四度K。距離物理夢想室溫--三00度K,還有一大段距離。
(蕭富元)