创作声明:本文为虚构创作,请勿与现实关联
「不可能,你们是如何做到的?」
1986年,旧金山一场国际顶级激光会议上,一个中国科学家走上台,宣布了一项让全场200多名顶尖科学家当场失语——他们自己造出来一块「石头」,把全世界最先进的光学晶体技术踩在了脚下。
为了造出这块「石头」,他在一间破旧的实验室里,已经独自计算了整整18年。
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01
1974年,北京。
全国晶体生长学术会议的会场里,几十名科学家围坐在一张长桌旁。
那个年代,科学研究举步维艰,能坐在这个会场里的人,每一个都是在夹缝里挣扎过来的。
会议进行到一半,有人站起来开了口。
「我说一句实话。」
他环顾四周,声音压得很低,但每个字都清清楚楚。
「现在世界上所有的非线性光学晶体材料,没有一个是我们中国人发现的。全是外国人搞出来的。贝尔实验室,杜邦,斯坦福……都是那样的地方。」
他顿了顿。
「我们行吗?」
会场沉默了。
没有人回答他。
因为没有人敢回答。
这个问题像一颗钉子,扎进了在场每一个人的心里。
但有一个人,没有沉默太久。
他叫陈创天,37岁,是福建物质结构研究所非线性光学材料组的研究人员。
他没有在会上说什么。
他不是那种喜欢在大庭广众下慷慨激昂的人。
他只是坐在那里,听完所有人的发言,在回福州的火车上,对着窗外的黑夜,想了很久。
【我们行吗?】
【我们为什么不行?】
两个问题在他脑子里来回翻腾,一直到天亮。
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02
1937年2月18日,陈创天出生在浙江奉化一个知识分子家庭。
他出生那年,卢沟桥的枪声还没有响。
但没过多久,日军的飞机就飞过了浙江的天空。
奉化是蒋介石的故乡,日军对这一带格外「重视」。
轰炸,撤退,逃难,是那个年代浙江普通家庭绕不开的记忆。
陈家是知识分子家庭,有文化,懂时局,但懂时局并不意味着能躲开时局。
战火年代里,再体面的家庭,也要为一口饭、一条逃命的路发愁。
陈创天在这样的岁月里慢慢懂事。
他没有留下太多关于童年苦难的记述——那个年代的人,普遍不太愿意回头细说那些年的事。
一个在战乱里长大的孩子,对「落后就要挨打」这句话,理解得比任何人都要深。
新中国成立后,陈家响应号召,举家迁往东北,落脚沈阳。
沈阳那时候是工业重镇,烟囱林立,机器轰鸣,到处都是建设的气息。
少年陈创天在这座城市里长大,1954年考入沈阳二中。
那时候他还不知道自己将来要做什么。
直到有一天,物理老师在课堂上讲到了「以太论」。
物理老师在黑板上写了几个公式,转过身,问台下的学生:
「光,是通过什么东西传播的?」
无人能回答。
「科学家们曾经认为,宇宙间存在一种叫做"以太"的物质,光就是通过它传播的。但后来,有人用实验证明,以太根本不存在。」
他停顿了一下。
「你们知道这意味着什么吗?」
陈创天坐在靠窗的位置,抬起头,盯着黑板上的公式。
【意味着,你以为理所当然的东西,可能根本不存在。所有的结论,都需要被重新质疑。】
这个念头,从那天起,再也没有离开过他。
1956年,陈创天考入北京大学物理系。
北大物理系在那个年代是什么概念?
教固体物理的,是黄昆。教热力学的,是王竹溪。教特殊函数的,是郭敦仁。教原子物理的,是褚圣麟。教场论的,是胡宁。
这些名字,在国家物理学史上,都是响当当的人物。
陈创天在这些人手下读了六年书。
他后来说:「今天其他人很难复制我。」说的就是这六年。
那个年代能同时听到这么多顶级科学家亲自讲课的学生,全中国没有几个。
1962年,陈创天毕业,被分配到中国科学院华东物质结构研究所,也就是后来的福建物质结构研究所。
所长是卢嘉锡。
卢嘉锡早年在美国留学,在诺贝尔奖得主鲍林的实验室里做研究,回国后一手建立了福建物构所。
陈创天到所里没几天,卢嘉锡就把他叫到办公室。
办公室不大,书堆得到处都是。
卢嘉锡坐在桌子后面,上下打量了陈创天一眼。
「北大毕业的?」
「是。」
「学的是理论物理?」
「是。」
卢嘉锡点了点头,说了一句让陈创天愣在原地的话。
「我们所做的是结构化学。你的底子在物理,要在这里做研究,得先把化学补上来。」
陈创天没有说话。
「我给你列一个书单,你先跟着我学三年化学。不懂就来问我,我们一起切磋。」
三年。
一个从北大物理系出来的高材生,要重新学三年化学。
陈创天咬了咬牙,点头应下了。
「好。」
这三年,是陈创天日后所有成就的地基。
他系统啃下了结构化学、量子化学的教材,白天跟着卢嘉锡做实验,晚上在宿舍里推导公式。
宿舍没有空调,夏天热得闷,他把窗户全打开,光着膀子坐在桌前写写算算。
纸用了一叠又一叠,写满了各种符号和数字。
三年后,他已经不再是那个单纯的理论物理学生了。
他是一个同时懂物理、懂化学、懂量子理论的人。
这种人,在全中国,凤毛麟角。
1965年,陈创天选定了研究方向:非线性光学材料的结构与性能关系。
非线性光学晶体能把一种频率的激光,转换成另一种频率的激光。
说起来简单,但这件事的意义,是激光技术向更高精度、更广波段延伸的关键。
激光是20世纪四大科技发明之一,非线性光学晶体就是这把钥匙背后的那把锁。
谁造出了锁,谁就决定了钥匙能开哪些门。
当时,这把锁完全掌握在外国人手里。
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03
1966年,实验室被迫停摆。
仪器被封存,许多科学家被迫中断研究。
陈创天不想把时间浪费在科研以外的地方。
他后来说得很直接:「我不愿意参加批斗,就在家里专心做理论计算。」
就这一句话,交代了他整整十年的状态。
他把自己关在家里,用一台手摇计算机,开始了漫长的推导。
手摇计算机是那个年代最先进的计算工具,但跟今天的电脑比,连计算器都算不上。
每做一组数据,要摇好几百下。
手腕酸了,停下来甩甩,继续摇。
纸堆了一桌子,地上也散落着厚厚一叠。
他的妻子进来收拾房间,看着那些密密麻麻的符号,什么也没说,把饭放在桌上,轻手轻脚地出去了。
陈创天在研究一个问题:
晶体的非线性光学效应,到底从哪里来?
这个问题,全世界科学家研究了几十年,众说纷纭,没有一个让人真正信服的答案。
大多数人从宏观入手,从晶体的整体结构去分析。
陈创天走了另一条路。
他认为,非线性光学效应,是晶体里那些最基本的结构单元——阴离子基团——各自产生的微观效应叠加出来的。
因为这个想法,他花了两年时间,一遍遍计算,一遍遍验证。
先算出了钛酸钡晶体的非线性系数,再算出其他几种晶体的数据。
结果和实验值吻合得出奇的好。
但他没有急着发表。
他知道这个理论的颠覆性——一旦发表,任何一个数字出错,都会成为被人攻击的把柄。
他继续算,继续验证,直到自己觉得无懈可击。
1968年,理论核心已经成型。
但时局仍然动荡,没有渠道发表。
他把稿子压在箱子底下,继续等待。
这一等,就是八年。
1976年,他通过老师联系到了唐敖庆先生,几位学者反复讨论、修改,这篇理论才终于正式发表。
标题叫做:晶体非线性光学效应的阴离子基团理论。
论文一出,立刻在国际上引发巨大反响。
外国同行看到这篇文章,第一反应是:
【这个理论,怎么可能是从中国来的?】
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04
1977年,卢嘉锡正式任命陈创天为非线性光学材料探索组组长。
探索组是一群穷得响叮当的年轻人,顶着一个听起来还不错的头衔,在一间条件极差的平房实验室里,准备干一件没有人干成过的事。
实验室夏天闷热,冬天漏风。
仪器大部分是从别的单位借来或拼凑的,有些设备用了十几年,零件老化,经常出故障。
激光器是自己组装的。
铂金坩埚是实验室里最贵的东西,比黄金还贵,每次用完都要称重,有损耗必须写报告说明原因。
有一次,一个年轻研究员不小心把坩埚磕掉了一小块,整晚没睡着。
陈创天知道了,说了一句话:
「下次小心。」
继续去做实验。
探索组的任务,是在成千上万种化合物里,找到一种性能优良的非线性光学晶体。
没有理论指引,这件事相当于大海捞针。
有了陈创天的阴离子基团理论,他能预测哪一类结构的化合物更可能有良好的性能——范围缩小了,但仍然要一步一步地找。
1978年,陈创天把目标锁定在硼酸盐体系。
探索组分成几个小组分头出击。
理论组计算预测,合成组制备化合物,结构分析组用X射线衍射搞清楚晶体结构,晶体生长组培育单晶,测试组量光学性能。
每一组的工作环环相扣,一个环节出问题,整条链子就断了。
1979年,探索组在硼酸钡体系中发现了一个异常信号。
一种低温相的偏硼酸钡化合物,粉末倍频效应测试结果远远超出预期。
陈创天盯着那组数据,看了很久。
「再测一遍。」
又测了一遍,数据一样。
「换一批样品,再测。」
换了样品,还是一样。
他把测试报告放在桌上,在椅子里坐了很长时间,一句话没说。
站起来,走到黑板前,拿起粉笔,开始推导。
推了整整一夜。
天亮时,他把团队叫到一起。
「这个化合物,叫做BBO。」
「它是什么?」有人问。
「它可能是我们要找的那块石头。」
但从"可能"到"确定",还有很长的路要走。
培育足够大的单晶,需要精确控制温度、浓度、时间,任何参数偏差,晶体就会长歪,或者根本长不出来。
这个过程,他们整整做了三年。
失败了多少次,没有人数过。
失败了,重新来。
重新来,再失败,再重新来。
1982年,第一块大尺寸BBO单晶终于生长出来了。
那块晶体不大,比一枚硬币稍大,透明,在实验室的灯光下折射出淡淡的光晕。
捧着那块晶体的研究员,手有点抖。
陈创天站在旁边,看着那块晶体,没有说话。
过了很久,他说:
「拿去测试。」
测试结果出来的时候,探索组的人都安静了。
BBO在200纳米到350纳米波长范围内,透过率高达80%以上。
这个数字,超过了当时世界上所有已知的同类晶体。
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05
1986年,美国旧金山。
第14次国际量子电子学与激光及光电子会议,是当时全球激光领域最重要的学术盛会之一。
来自全球各地的200多名顶尖科学家聚集在这里。
美国人,日本人,欧洲人,还有极少数来自中国的面孔。
陈创天是其中之一。
他坐在台下,看着来自各国的科学家们用英语交流,谈笑风生。
他们对中国的了解,停留在一个相当模糊的印象里:一个发展中国家,科技落后,在激光晶体领域几乎没有拿得出手的成果。
轮到陈创天上台了。
他走上讲台,把幻灯片调好,用带有中国口音的英语开始报告。
「我今天要介绍的,是一种新型非线性光学晶体材料,我们把它命名为BBO。」
台下有人抬起头,有人还在低着头做记录。
「这种晶体在紫外波段具有极高的透过率,其非线性光学系数远超目前国际通用的ADP晶体……」
数据一组一组展示出来,台下的气氛开始变了。
低着头的人,抬起来了。
交头接耳的人,安静了。
有人把眼镜扶了扶,重新看了一遍屏幕上的数字。
有人拿起笔,想写点什么,又停下来——他没法确定这些数字是否真实。
陈创天的报告结束了。
他鞠了一躬,拿起资料,准备走下台。
然后,那一幕发生了。
先是前排的几个人站起来,跟着他走了出去。
然后是后面的人,一个一个地站起来,跟着走。
等陈创天走出会场门口,回头一看,身后跟着的人,已经将近一百个。
会场里还坐着的,不到一半。
会议主持人愣在台上,不知所措。
那些跟出来的科学家把陈创天围在中间,七嘴八舌地追问。
「这个数据是真实的吗?」
「你们的晶体样品,能否提供给我们做独立测试?」
「为什么这么好的材料,会在中国首先被发现?」
最后这个问题,问得最多。
陈创天一一回答,不卑不亢。
他后来写信给卢嘉锡:
「他们不是不相信这块晶体,而是不相信这块晶体会来自中国。」
这消息在美国科学界的反应比陈创天预料的还要激烈。
48位科学家在华盛顿召开了一个紧急评估会,专门讨论这件事。
评估报告里有这样一段话:
「美国现在必须提高警惕——为什么国际最先进的非线性光学材料的物理思想,不是来自美国,而是来自中国?」
而这,仅仅是个开始。
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