化学,变化之学。平时我们注意的往往只是哪些物质和哪些物质反应能产生哪些物质,但实际上,还有一个重要维度是化学反应的速度。
例如氢气和氧气生成水,这个反应可以极其快速,发生爆炸,也可以极其缓慢,把氢气和氧气混合在一起很长时间也没有任何变化。有时我们希望反应快速,如火箭推进剂。也有时我们希望反应慢速,如材料腐蚀。
研究化学反应速度的学科,就是化学反应动力学。大家在高中可能都学过,一般而言温度越高,反应越快。但直到量子力学出现之后,尤其是超快激光与分子束等实验手段出现之后,化学反应动力学才得到了爆炸式的发展。已经有三次诺贝尔化学奖发给了反应动力学的研究,其中包括第一位获得诺贝尔化学奖的华人李远哲教授。
中国在化学反应动力学方面原本基础十分薄弱,但近年来随着理论计算与实验装置的进步,中国在化学反应动力学的若干领域已经开始领先世界。这其中一位核心人物,就是南方科技大学讲席教授、中国科学院大连化学物理研究所研究员杨学明院士。他开发了新一代高分辨率和高灵敏度的交叉分子束科学仪器,在基元化学反应动力学研究领域,尤其是化学反应共振态、化学反应中的几何相位效应以及量子干涉等方面的研究取得了重大突破。
其实杨学明院士可以称为我的大师兄,因为他的硕士导师之一就是我的博士导师朱清时院士。下面,我们就来跟杨学明老师见面。
说到中国被卡脖子的领域,许多人首先想到的可能是芯片、光刻机。但实际上,还有一个重要而基础的领域,就是科学仪器。
工欲善其事,必先利其器,这无论对科学研究还是技术发展都是基本道理。有许多诺贝尔奖直接就是发给新仪器的,如扫描隧道显微镜、冷冻电镜。也有很多诺贝尔奖成果是科学家用自己研发的仪器做出来的,如化学反应动力学的三次诺贝尔奖。如果一个人、一个研究组、一个国家只是买外面的仪器,那么即使买来的仪器再先进,也很难指望他们做出真正革命性的成果。
整体而言,中国在科学仪器方面处于严重的落后状况。但我们上次访问的杨学明院士,刚好是个少见的反例。他从博士后时期就开始做仪器,现在已经开发了好几套新一代高分辨率和高灵敏度的交叉分子束科学仪器。此外他还在不断推动我国的大科学装置建设,包括大连相干光源、大连先进光源和中能X射线自由电子激光。
中国的科学仪器与大科学装置,如何突破封锁,引领世界?下面,我们继续跟杨学明院士对话。
科学家对话科学家,《锚点》节目中国科学技术大学科技传播系副主任袁岚峰对话杨学明院士,东方卫视4月9日周三22:00、新闻综合频道4月10日周四22:30播出。上方视频为30秒的预告片,25分钟的全片可见于上海广播电视台“看看新闻”网站(https://www.kankanews.com/detail/xMwLGrVDWQD)、app以及视频号(下方视频)。
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