未來科學(xué)大獎(jiǎng)得主張杰：尋找新能源迫在眉睫

尹潔

張杰

在獲獎(jiǎng)感言中，張杰說他最想與家人分享這份喜悅，“多年來，他們一直陪伴著我，特別是我的父母親，他們在極其艱難的歲月里，培養(yǎng)了我對科學(xué)的熱愛和對生活的樂觀”;他最想與科研團(tuán)隊(duì)的成員們分享這份榮譽(yù)，“20多年來，我們一路走來，甘苦與共、情同手足，沒有他們，我將一事無成”。此外，張杰也提到了物理學(xué)家的責(zé)任，他認(rèn)為物理學(xué)家有責(zé)任解決人類社會(huì)面臨的最具挑戰(zhàn)性的問題，探索自然界最不可思議的奧秘。

如果不是專業(yè)人士，或許很難理解張杰所從事的高能量密度物理前沿研究的意義，然而他多年來的成果與當(dāng)下乃至未來的人類社會(huì)有著千絲萬縷的聯(lián)系，涉及每個(gè)人的未來生活——你幻想過的畫面，其實(shí)正是許多像他一樣的科學(xué)家正在為我們探索的明天。

45歲當(dāng)選中國科學(xué)院院士

未來科學(xué)大獎(jiǎng)給張杰的頒獎(jiǎng)理由是：“獎(jiǎng)勵(lì)他通過調(diào)控激光與物質(zhì)相互作用，產(chǎn)生精確可控的超短脈沖快電子束，并將其應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)超高時(shí)空分辨高能電子衍射成像，和激光核聚變的快點(diǎn)火研究?！?/p>

通俗地說，張杰的獲獎(jiǎng)理由就是，利用激光與“靶”相互作用，產(chǎn)生出超短的高能電子脈沖，對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的超快變化拍出微觀世界演化的電影;同時(shí)這樣的高能電子束還可以像火柴一樣，對實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的高溫高密的聚變靶丸進(jìn)行點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)人造小太陽，獲得聚變能。

作為一名物理學(xué)家，張杰對自然科學(xué)的興趣開始于父親的啟蒙。

張杰出生于山西，從小隨父母在內(nèi)蒙古支邊。小時(shí)候，張杰在父親的帶領(lǐng)下搞了很多“小發(fā)明”貼補(bǔ)家用。內(nèi)蒙古有一種土雞，個(gè)子很大，雞蛋也很大，但是下蛋不勤。于是父子倆就想做提高下蛋率的“品種改良”。他們利用雙金屬片受熱彎曲的特性，做了一個(gè)簡易的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器，再將多層瓦楞紙糊成的保溫孵蛋箱放在炕上加熱，達(dá)到一定溫度后雙金屬片便會(huì)彎曲，于是馬上通風(fēng)、降低箱內(nèi)溫度，等雙金屬片恢復(fù)原狀，再停止通風(fēng)保持恒溫。這是張杰小時(shí)候的第一個(gè)物理實(shí)驗(yàn)。

中學(xué)時(shí)，由于缺乏老師，英語課停上。張杰的母親偶然發(fā)現(xiàn)陜西廣播電臺(tái)有廣播英語節(jié)目，就鼓勵(lì)他自學(xué)英語。英語廣播每天早、中、晚播送3次，由于自制的收音機(jī)性能有限，中午那次播音的噪音太大，只能勉強(qiáng)收到早晚兩次播音的短波信號(hào)。于是每天早晨6點(diǎn)鐘，母親就將張杰叫醒、收聽英語廣播;到了深夜，母親又會(huì)將打瞌睡的他叫醒，繼續(xù)收聽廣播。這樣，張杰熟練掌握了英語。

1977年恢復(fù)高考，張杰考入內(nèi)蒙古大學(xué)物理系。獲得學(xué)士、碩士學(xué)位后，他又考入中國科學(xué)院物理研究所，師從著名物理學(xué)家王天眷和張道中教授。1988年獲得博士學(xué)位后，他赴德國馬普量子光學(xué)所從事研究工作，兩年后來到英國盧瑟福實(shí)驗(yàn)室和牛津大學(xué)物理系，利用盧瑟福實(shí)驗(yàn)室的“火神”高能量激光裝置，開展高能量密度物理的前沿研究。在此期間，他與研究團(tuán)隊(duì)成員多次打破X射線激光飽和輸出最短波長的世界紀(jì)錄——從20納米、15納米一直到接近“水窗”波長的5.8納米的飽和X射線激光輸出。

1999年，張杰回到中科院物理所工作。那時(shí)中國的科研條件還很困難，他與同事魏志義一起造出了我國第一臺(tái)太瓦級飛秒激光裝置和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)診斷設(shè)備。這臺(tái)被張杰命名為“極光一號(hào)”的飛秒激光裝置，是當(dāng)時(shí)高能量密度物理研究必不可少的設(shè)備。之后，隨著我國對科研經(jīng)費(fèi)投入的增多，“極光二號(hào)”、“極光三號(hào)”以及大量實(shí)驗(yàn)診斷設(shè)備的相繼建成，張杰研究組的科研條件得到了全面改善。

1999年，張杰（前排左三）獲得香港求是科技基金會(huì)“求是杰出青年學(xué)者獎(jiǎng)”。（視頻截圖）

2003年，45歲的張杰當(dāng)選中國科學(xué)院院士，之后相繼被德國國家科學(xué)院、第三世界科學(xué)院、英國皇家工程院、美國國家科學(xué)院選為院士和外籍院士。2006年，張杰出任上海交通大學(xué)校長。在他任職的11年里，他與交大同事們提出并實(shí)施了以制度激勵(lì)為核心的現(xiàn)代大學(xué)治理體系建設(shè)。在全校師生的共同努力下，上海交大成為全球發(fā)展最快的大學(xué)之一。

2015年，張杰獲得愛德華·泰勒獎(jiǎng)?wù)?。這是激光聚變與高能量密度物理研究領(lǐng)域的國際最重要獎(jiǎng)項(xiàng)，張杰是榮獲該獎(jiǎng)的首位華人科學(xué)家。

“未來的目標(biāo)是用聚變能源替代化石能源”

《環(huán)球人物》：您在獲獎(jiǎng)感言中提到，物理學(xué)家有責(zé)任解決人類社會(huì)發(fā)展面臨的最具挑戰(zhàn)性的問題。您認(rèn)為這個(gè)最大挑戰(zhàn)是什么？

張杰：人類社會(huì)發(fā)展最迫切需要解決的當(dāng)然是未來能源的問題。我們需要找到一種無碳或低碳的能源，效率高、成本低，這才可能成為我們未來的終極能源。聚變能是終極能源的候選之一，所以我們團(tuán)隊(duì)的一個(gè)重要研究領(lǐng)域就是激光聚變中的快點(diǎn)火物理過程，另一個(gè)領(lǐng)域是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的超快動(dòng)力學(xué)演化。

《環(huán)球人物》：這些前沿科技與老百姓的日常生活有怎樣的關(guān)系？

張杰：人類社會(huì)現(xiàn)在普遍使用的是化石能源，比如煤炭，它主要存在兩方面問題：第一，煤炭儲(chǔ)量有限;第二，煤炭燃燒會(huì)產(chǎn)生碳排放，造成全球變暖。

大家平時(shí)可能覺得煤炭還夠用很多年，其實(shí)這種想法是錯(cuò)誤的。考慮到全球變暖的因素，危險(xiǎn)已經(jīng)迫在眉睫了。當(dāng)然人類已經(jīng)想了很多辦法，嘗試使用太陽能、風(fēng)能、水能這些可再生能源。但這些能源也有一個(gè)問題——都是間歇性能源。比如太陽能，就非常依賴日照條件，因此在電網(wǎng)里，可再生能源的占比不能太高，目前的主能源還是化石能源。