访谈诺贝尔奖得主、香港大学物理学系讲座教授安德烈.海姆爵士,言谈之间,大象、骆驼与各式生物相继登场。对于这位曾用磁场让活青蛙悬浮起来,并以壁虎为其发明的胶带命名的科学家而言,这些比喻可算是自然不过。
欢迎跟随海姆教授走进他的 ‘动物园’ ,细听他回顾自身科研历程,以及分享对港大和当今全球学术研究环境的真知灼见。
问:你还记得最初是何时对投身科研产生兴趣的吗?
答:说来没有什么惊天动地的瞬间,甚至颇为顺理成章。
或许遗传基因吧,我的父母和祖父母皆有接受大学教育,他们不是攻读工程、自然科学,就是医学。没有人念文学、新闻传播,更没有律师或政治人物。所以我总觉得是基因让我踏上科学路吧。
在中学和大学期间,老师和父母都鼓励我要尽力而为、勤奋向学。他们督促我努力向上、要灵活敏锐。在学期间,我总力求名列前茅,但从未想过要爬到最顶尖的位置——至少从未立志要拿第一名。我所做的,反而是以最少的努力去争取最高的分数,而我也确实做到了!尽管那时我还未能把这个想法如此清晰地表述,但这大致可说是我当时的座右铭。
取得博士学位后,我开始更独立地进行研究。我发现自己总想与世界各地的众多同侪一较高下,就在那时,我才真正开始鞭策自己,不再满足于以最少的付出换取最大的回报。那几乎耗尽了我所有的精力,因为我当时未待过拥有顶尖设备的一流大学,所以我必须以加倍的努力,力求创新,并善用手边一切可用的资源。
问:世界各地的研究机构都争相罗致人才,你作为一位享誉全球的科学家,想必可以任意挑选心仪机构或大学,你选择加入港大是基于什么原因呢?
答:说我可以任意挑选,其实有点夸张了!
世界上能提供具竞争力设备的大学并不多,毕竟我是实验物理学家,我需要使用相当昂贵的仪器。这个地区有几所顶尖大学,我过去很享受每年来这里访问两个月左右,但我的主要基地始终在英国曼彻斯特。
我从未想过要搬迁,直到几年前,情况慢慢起了变化。英国经历了脱欧、约翰逊与卓慧思政府之纷乱失序、新冠疫情——疫情之后大家都居家工作,整个英国的氛围已然不同。
虽说我不是骆驼,但真正压垮我的最后一根稻草,是招纳学生的限制和困难。我从事量子凝聚态物理学研究,我的学生需要处理低温和高磁场的实验。然而,英国政府竟将这些领域视同大规模杀伤力武器,甚至直接发信给我,指称我未来的博士生会将其所学扩散大杀伤力武器。完全是那些对基础研究一窍不通的人胡说八道!这基本上瘫痪了我的研究,因为没有年轻聪敏的科研人才,我根本无法继续研究。
我别无选择,只能另寻去处。就在此时,香港大学主动前来接洽,邀请我加入。一般来说,人们考虑移居亚洲需要花上数年,但这次港大邀约的时机绝佳,加上英国政府不利科学发展的政策,两大因素结合成就了我的决定。
问:你希望在港大建立怎样的研究文化?
答:我对其他文化的经验并不多,但多年来与博士生相处,累积了些许观察。他们大抵可分两类:一类偏好独自钻研,按自己的步伐缓步前行;另一类则更积极进取,鞭策自己积极投入我们共同研究的项目。
后者为团队注入更多活力,推动我们比其他团队前进得更快,这是一种很好的共生关系。
我心目中理想的研究文化,就是建立在良好团队精神的基础上。
问:你是怎么选择自己的研究领域的?
答:若某个课题吸引了全球众多学者的兴趣,想在那里立足,便得讲究天时地利。
我的基本原则是,尽量避开过度拥挤的领域。这是我学术生涯一贯的做法。在我之前任职的机构里,我总试着寻找一片清净的草地,没有太多 ‘大象’ 在争食的领域。
当你找到那一小片未经开垦的草地,开始深入挖掘时,若然发现另一群大象正朝此处涌来,你就必须跳进另一个研究领域。
这般处境,会激发出你更多的创造力。当你身处的机构并不具备最顶尖的设备、最充裕的人力资源,这可以是缺点,也可以是优势。大学如此,现实亦然。
当然,探索另一研究领域殊非易事,你要耗费大量心力,努力学习及积累从未涉足领域的知识。然而,到头来,因为要游走于不同领域,需要的是更渊博的知识,整个经验更有趣,也更具成效。对我而言,进入一个已经很多人研究的领域无甚意义。
同样关键的,是你能为那个领域带来什么贡献。举例说,假如我对基因组学等领域有兴趣,很想参与,但我会反问自己:我能为这个领域开创到什么?我有相关的设施、专业知识,或者创新的元素吗?倘若答案是否定的,那我便不该往那个方向走。
问:你因为发现石墨烯而蜚声国际,更赢得诺贝尔奖殊荣,可否请你谈谈石墨烯的潜力?
答:说是冰山一角也许有点陈腔滥调,但事实确是如此。石墨烯是第一个被发现的二维材料。一年后,我们发表了论文,证明可以剥离出很多如石墨烯般只有一个原子或一个分子厚的材料。
我认为这篇后续发表的论文,其实比那篇获得诺贝尔奖认可的论文更为重要。就连诺贝尔委员会当时似乎也 ‘见树不见林’ ,因为大家对石墨烯太过兴奋,反而未能窥见背后更广阔的领域。
所以,石墨烯其实代表了一个全新的材料科学分支、一种全新类别的材料。20年前,我们甚至未曾想像过有这些材料,大多数人更认为它们根本不可能存在,事实证明确有此物。
随后出现的材料我称之为石墨烯3.0,就像将不同原子层堆叠而成的 ‘设计师材料’ ,如同以个别原子为积木的乐高游戏。全球学术界还没有足够的科学家,对此深入探讨,更遑论业界想出应用之道。
我常形容,对业界而言,这只是非常初步的第一步,甚至连婴儿学步都谈不上!人们并没有充分运用学术界既有的知识,他们听说了这种材料,就不问结果,只想把它放进自己的配方内,可算是且试且行,甚至没有想像过石墨烯以外的其他原子级薄材料。迄今为止,还没有出现基于石墨烯的高科技;大家见到的石墨烯技术,只能算是一种 ‘烹饪’ 式的层次。
尽管如此,它在改善现代电动车、电池、各类电子产品和装置等方面,确有可观之处,但这一切仍属 ‘烹饪’ 的范畴,而非科学,更非以二维材料的科学知识应用的成果。
科研新知识需充裕时间逐层渗透,从应用研究人员、工程师,再到业界,正如水渗透火山岩的过程;要加速,最好是鼓励年轻科研人员善用学术研究成果,带着新知创业或加入衍生企业。
问:那壁虎胶带呢?
答:那是我们较早开始研究的领域。关于这个主题,论文数量很多——或者说,引用了我们最初发表论文的,都有过千篇。
不过,这课题有点棘手。我亲眼目睹过有人用这种壁虎胶带,将自己悬挂在天花板下,所以它是有效的。问题在于,胶带虽可复制,却极易染脏。人造毛发之间会彼此黏附,也会黏住不同物料表面。
据我所知,目前还没有人研究过壁虎是如何清洁自己的脚掌的!这个谜题,有待生物学家来破解。我们都知道,手湿时所碰过的东西,都会沾上灰尘。微电子工业有无尘室,因为空气中如果有灰尘,微粒掉落在表面上,就会永远黏在那里。
所以问题是,壁虎是如何让牠们的脚趾和脚掌保持黏性,却又不沾满灰尘?牠们是怎么清洁的?我对这个可是一无所知!
如果我们能复制洁掌的技术,我们就能拥有壁虎手套。然而在此之前,我们尚缺制造可重复使用胶带的知识。现在,要做出一条胶带绝非难事,然而那终究只能是一次性的壁虎胶带。
问:那么在香港大学,你主要会研究二维材料吗?
答:是的,现在的重点将放在二维材料,或者可以说是这些材料的组装体,我们称之为纳米材料,它能在量子力学科技中,扮演关键角色。
它将有助于推动下一次量子革命,届时量子物理学将不再像现在这样仅停留在表面应用,而是进入更深层次的运用,涵盖量子相干、量子干涉、不同量子态的耦合,以及它们的叠加现象,也就是量子力学更深层次的实践。
问:那会带来怎样的改变?能举个例子说明它会带来什么不同吗?
答:基本上,就如同电晶体之于真空电子学的差异。
你大概还记得那些电视和收音机,里面装有电子真空管,其功能基本上就像今日的电晶体。那时候的真空管,有的直径有拳头那么大。
如今,数千个电晶体能容纳于一根头发的横切面上,而这本质上就是量子力学的功劳。这就像是将事物提升到一个不同的层次,好比从钨丝灯泡进化到LED灯:前者只是加热发光,后者则涉及量子力学。
我们正是想借由量子物理学再向前迈进一步,让这些元件同时变得更精巧聪明、功能更多。
我有点一厢情愿地认为,这是一条顺理成章的演进之路,无论最终的影响有多大,也必须坚定地朝这个方向前行。
问:接下来你在港大的研究重点是什么?
答:我们正积极讨论成立量子纳米技术研究所。这甚至关乎引领第二次量子革命。量子物理学对许多人而言是很艰深的词汇,但其实我们日常生活中,手机、相机、电视以至所有电子通讯,都是依靠量子力学支持其运作的,量子力学已经成为常态。
不过,另一场革命正在来临。有人称之为量子资讯、量子通讯等,它所涉及的,是更为精细的量子现象。人工智能也是其中一部分。
我们的目标,是在港大建立相关的基础设施与仪器设备,并开放予其他本地大学以合作伙伴身份共同使用,从而推动材料与元件的研发,为第二次量子革命奠定重要的基础。
我们希望研究所能在两三年内正式运作,但毕竟,这是基础研究,因此在未来10至20年,它未必会直接转化为家中常见的电子产品。不过,我相信在五年内,研究所将可发表高质的学术论文、进一步提升港大的声誉,吸引及延揽人才,以及培育优秀的毕业生。
问:在研究以外,你会做什么来放松自己呢?
答:我的爱好是登山。我指的是那种海拔高达4,000米以上、有机会引发高山症的高山!我乐此不疲,就是爱待在高山上。
我热爱行山,所以香港对我来说极具吸引力,这里有许多绝佳的行山路线。大约十年前吧,我住在香港国际机场附近一所酒店时,就曾在大屿山行山。
来港后的首两个月,我已经走过十多条行山路线。作为行山爱好者,我觉得非常不错。我还知道香港最著名的四大远足径:麦理浩径、卫奕信径、港岛径和凤凰径!而四径的部分路段我已经走过了。
世上大多数人对香港的印象,是中环的样子,全是高楼,却不知道这里有多么绿意盎然,即使是香港岛已非常翠绿,更莫说新界、西贡或大屿山有多可观。
对我来说,住在香港,非常吸引,花上五、六个小时行山,登至顶峰,然后缓步下山,最后来到某个海滩,在清澈的海水中畅泳,简直置身天堂一样!