谢心澄：拥抱变化，勇于探索未知
2024-11-29 00:00陈冰
新民周刊 2024年43期
在量子力学的浩瀚宇宙中，有这样一位科学家，他致力于探索量子材料的奥秘，为中国乃至全球的量子研究贡献力量。他就是中国著名的凝聚态物理学家谢心澄，现任宁波诺丁汉大学校长。
在《新民周刊》近期的专访中，谢心澄教授讲述了他在量子材料领域的最新研究成果，并分享了他在AI时代如何建设交叉学科、发展中国高等教育的一系列思考。
迷人的超导材料
谢心澄最初对物理学的兴趣源于中学时代。那时，他被数学与物理的简洁及其未知的美感深深折服，这种兴趣一经点燃便无法扑灭。只可惜在那个动荡的年代，他被编入一家体校，大多数时间都在进行体育锻炼，而无法进行系统的学业学习。但是知识分子家庭出身的背景让他对于知识的渴望从未懈怠，没有老师教授的日子里，他独自捧着数学和物理的书籍，耐下性子研究，完成了理科基础知识的自我教育。其中的艰难可想而知，但却对他整个人生道路产生了深刻的影响。
恢复高考后，他于1978年考入中国科学技术大学近代物理系，正式开始了在物理学领域的学习。在大学期间，他接触到了更多的物理学知识，对凝聚态物理产生了浓厚的兴趣。“特别是超导现象，它让我着迷，因为超导状态下的物质没有能量损耗，这对于缓解人类能源紧缺问题具有重要意义。”谢心澄说，超导材料就是一个典型的量子材料。从更广泛的意义上讲，半导体材料也属于量子材料，因为它们都基于量子理论来划分成绝缘体、导体、超导体等。这些材料在现代信息技术中发挥着不可或缺的作用，因此量子材料的研究具有极高的应用价值。“在常温高压下，科学家们已经接近成功合成具有超导特性的新材料。然而，这些材料要真正实现应用还面临诸多挑战，如高压条件的苛刻性和样品尺寸的限制等。因此，科学家们需要深入研究这些材料的机制，寻找去除苛刻条件的方法。”
2005年，谢心澄从美国回到国内，被聘为中国科学院物理研究所研究员，担任凝聚态理论与材料计算研究室主任。随后，2010年入职北京大学物理学院并创立了量子材料科学中心。他带领团队在凝聚态物理领域取得了一系列重要成果。其中，最令他自豪的是在自旋超导领域的研究。“我和孙庆丰教授一起，首次提出了‘自旋超导体’新量子态概念及其系统理论，并提出了产生自旋极化和调控自旋输运的一系列新方案。自旋超导是我们团队长期关注的一个研究方向。我们发现，将超导和自旋输运相结合，可以实现磁运输而不产生能量消耗，这一发现成为自旋超导领域的一项突破性进展，对于未来电子器件的发展具有重要意义。”
在量子霍尔效应方面，谢心澄团队也取得了一系列重要成果。他们提出了一个新的相图来描述量子霍尔效应中的相变问题，并首次得到了许多低能的集体模式，成功地利用分数统计能谱进行了分析。这些成果对于理解量子霍尔效应的本质和新型量子现象的发现具有重要意义。
谢心澄认为量子信息和量子计算将是持续几十年的热点方向。尽管这些领域目前仍处于研究的初级阶段，但它们的潜力和应用前景不容忽视。“中国科学家在量子研究的很多领域现在是并跑，个别领域处于领跑地位。”他特别提到了薛其坤团队对量子反常霍尔效应的实验验证，这是中国科学家在国际上领跑的一个例子。此外，在量子信息方面，中国科学家潘建伟也取得了显著成就。
感恩李政道
在访谈中，谢心澄还提及了他与李政道先生交往的点滴往事。他回忆道：“我出国的机会是他那个项目提供的。90年代，我在美国已经做老师了，那个时候经常回国讲学，李先生也经常在国内待一个月左右。因为都在北京，所以夏天在学术会议上经常会碰到他。”
谢心澄所说的项目就是李政道发起的“中美联合培养物理类研究生计划”（CUSPEA，China-U.S. Physics Examination and Application）。1982年，谢心澄本科毕业，决心继续研究物理，但困于当时国内较为落后的研究环境，希望到国外继续深造。于是，他参加了CUSPEA项目的考核，当时国内的竞争非常激烈，考卷题目是英文的，答题也要用英文，这对英文水平有限的他们来讲非常有挑战性。但他凭借优异的成绩从全国的参选者中脱颖而出，获得前往美国马里兰大学学习的机会。
四十几年前，用英文选拔物理学博士的考试本身就是一大考验。过了笔试关，还有面试。谢心澄回忆，“面试官是几位美国著名的物理学教授和他们的夫人，先与教授谈，再跟他们的夫人谈。因为平时英文用的少，当时考试时我还是挺紧张的。出国前，我们在西安进行英语培训。李政道先生的夫人是英国文学专业的，李先生和夫人很关心 CUSPEA 学生的交流能力和写作能力。李先生自己刚到美国时，读了很多英文原著，提高英语能力”。
谢心澄感慨，李政道先生是一个非常务实且低调的人。他说：“李先生做事非常细致，他要一步一步地把事情推行下去，做到水到渠成。比如他负责的CUSPEA出国项目，需要跟美国大概100所学校取得联系，跟那些学校的系主任协商，让他的方案能够通过。这个工作量非常大，但他一个人基本上撑下来了。
“李政道先生在国内讲学时还有一些趣事，当时国内各方面的配套条件不好，记得有一次回来的时候，李先生和夫人带着中国高等科学技术中心的工作人员一道打扫卫生间——特别有意思，他和他夫人亲自打扫！他一做，别人就跟着做了，估计他觉得环境卫生条件没有达到需要的标准。
“还有一次是他请我们吃饭，菜谱是提前商量过的，而每道菜他都能说出点这道菜背后的故事。从这些生活小事可以看出，李先生既有国际视野和很高的学术品位，又注重细节，这在他倡议建立的国家自然科学基金和CUSPEA项目中都有所体现。”
谢心澄还特别佩服李政道先生的远见卓识。“当时中国各方面都相对落后，大家可能更关注与经济相关的应用性强的科学。但李先生的角度不同，他认为中国迟早会成为一个强国，一定要把基础理论搞好，否则就没有可持续性。”谢心澄感慨地说，“他的这些观点对我们这一代人有很深的影响。”
AI时代的挑战与机遇
科研道路上充满了挑战，这是无法避免的。谢心澄说，对他而言，最大的挑战可能来自于对未知领域的探索和对复杂问题的求解。为了克服这些挑战，他始终坚持开放的态度和严谨的学风。“我相信，只有不断探索、不断尝试，才能在科研道路上不断前进。同时，我也非常注重与团队成员的合作与交流，通过集体的智慧和力量来克服难题。”
2024年3月，谢心澄正式就任宁波诺丁汉大学校长，成为继杨福家院士之后，宁诺创校以来的第二位校长。作为诺丁汉大学的校长，谢心澄教授对于学科建设有着独特的见解。他认为，在一个研究型大学中，交叉学科是一个必须加强的方向。他提到，北京大学在这方面已经做了很多年的尝试，是国内最早成立交叉学院的机构之一。
谢心澄指出，在交叉学科的建设中，课程设计和人才培养是关键。 “你要从教学源头就对交叉有想法。你设计的课程要围绕交叉这个想法去做，不是以前传统的物理课你怎么上、化学课你怎么上。你要把这些不同学科的知识融合在一起，让学生能够从更广阔的视角去理解科学。通过共同的目标和题目，可以聚集不同领域的科学工作者，形成合作研究的氛围和环境。这样不仅能够推动科学研究的进步，还能够培养具有交叉学科背景的人才。”
因为研究工作与课堂作业有着本质区别。作业通常有明确答案，而研究则充满了不确定性。所以我们需要坚守信念，保持开放心态，勇于探索和挑战现有知识的边界。
他寄语年轻的科研人员，科研是一条充满挑战和机遇的道路。在这条道路上，要保持对科学的热爱和好奇心，勇于探索未知领域。同时，也要注重基础知识的积累和专业素养的提升，不断提高自己的科研能力和创新能力。最重要的是，要保持坚持不懈的精神和乐观向上的态度，相信自己能够取得优异的成绩。“你必须对自己的研究领域充满兴趣。因为研究工作与课堂作业有着本质区别。作业通常有明确答案，而研究则充满了不确定性。所以我们需要坚守信念，保持开放心态，勇于探索和挑战现有知识的边界。”
在谈到如何激发学生的好奇心和对科学的热爱时，谢心澄表示：“你要给他一个相对容易但又需要努力一下才能做出来的题目。他一旦做出来有一定的成功感，就会增加他的自信心和好奇心。”他强调这是一个渐进的过程，需要一步步引导学生深入探索科学的奥秘。“在大学时，我最初对数学很感兴趣，但接触物理后，发现物理更能激发我的热情。如果其他领域更吸引你，那么转换方向也是可行的。虽然识别真正的兴趣有时较难，但取得一些成就能帮助你重新聚焦并激发热情。”
谢心澄说，自己在博士求学期间转换了三次研究方向。在等离子体、粒子物理这两个领域都有过不同程度的尝试，最终选择专注于凝聚态物理研究，博士毕业的时候，已经是第三任导师在指导他了。 “我一直耐心地寻找与自己的想法更契合的领域。当真正进入一个学科时，就会发现许多具有挑战性的前沿问题。如果能进一步取得新的研究成果，是一件会让人感到非常兴奋的事情。”
当然，科研人才除了需要具备扎实的专业知识、敏锐的洞察力、独立思考的能力和坚韧不拔的精神之外，他们还应该具备良好的团队合作精神和沟通能力，因为科研往往需要多人协作才能完成。“科研人才还应该具备强烈的社会责任感和使命感，因为科研成果最终要服务于社会、造福人类。”
谢心澄说，无论是去企业工作，还是在学术界继续科研，都需要认识到自己真正追求的是什么，以及能否从中获得满足感，这是职业生涯中至关重要的。只要你致力于追求自己热爱的事物，就能找到适合自己的道路。“我们的行为不应受限，要拥有创造力，就必须具备独到的见解，不要轻易受外界影响，倾听内心的呼唤。”
对于当前学术评价体系中的论文压力问题，谢教授认为不能完全避免内卷现象，但可以通过一些措施来缓解。他提到北京大学等学校采用的终身教职体系就是一个例子。在这个体系中，年轻学者在初期需要不断产出成果来证明自己的实力，但一旦获得终身教职后就可以更加专注于重大问题的研究。
在谈到AI时代人类最重要的能力时，谢心澄认为思考力和创造性思维是不可或缺的。“AI目前来看还是模拟为主的，它很多数据是根据现有数据分析出来的。但科学发现或思想往往具有跳跃性，这是AI目前还不具备的。我很认同英伟达创始人兼CEO黄仁勋的观点，即我们不鼓励大家一股脑学习编程研发AI，因为随着AI快速发展，原本门槛很高的计算机已经成为大家都可以使用的工具。在这种情况下，我们更重要的是去学习如何提出好的问题，利用AI创造新的想法。”谢心澄说，“你无法提出好的问题，就肯定不会取得好成果。而要训练自己有提出好问题的能力，就需要深入一个重要领域进行研究。每个领域都有自己的边界，如果你对这个领域了解不够，不知道边界在哪，那你提出的问题就无法拓展这个领域的边界，也就不能创新。”
谢心澄指出，AI可以赋能人类，减轻我们的工作负担。但同时我们也需要思考如何避免被AI系统所束缚。 “大学要致力面向未来培养人才，仅凭刷题取得优秀成绩的小学生，以后无法应对AI快速发展下的未来社会。所以大学要努力为学生创造怎样静下心思考提出问题的环境、在教育过程中帮助学生养成终身学习的习惯。”
院士访谈
谢心澄
1982年毕业于中国科学技术大学近代物理系，同年通过CUSPEA选拔考试赴美国深造。1988年，美国马里兰大学获得了博士学位。1991年至2004年，在美国俄克拉荷马州立大学担任助理教授、副教授、教授、校董事会讲席教授。2005年被聘为中国科学院物理研究所研究员，担任凝聚态理论与材料计算研究室主任。2010年起，出任北京大学物理学院讲席教授，期间曾任量子材料科学中心创始主任、物理学院院长，2015年当选为中国科学院院士，2018年当选为发展中国家科学院院士，现任宁波诺丁汉大学校长。
