【中国科学报】张东辉:一条偶然的必然之路

  来源:《中国科学报》

  发布时间:2019-08-28

  ■本报记者 韩天琪

  人物简介

  张东辉,中国科学院院士,中国科学院大连化学物理研究所研究?#20445;?#20998;子反应动力学国家重点实验室主任。

  主要?#37038;?#21270;学反应动力学理论研究。发展了多原子反应量子含时波包理论方法,建立了高精度势能面构建方案,将反应动力学的精确理论研究从三原子体?#20302;?#23637;到多原子体系:解决了四原子反应体系量子散射问题,率先实现了一些代表?#20113;?#30456;六原子反应的精确理论计算,解决了H2+OH, H+H2O, H/Cl+CH4 等多原子动力学过程中反应物的碰撞能、量子态、振动局域模式、同位素取代等因素如何影响反应几率、产物量子态以及空间分布等科学问题。与实验同行紧密合作,在F/Cl+HD 反应中发现了新的反应共振态,揭示了其准束缚态本质,并证实共振现象在振动激发态反应中广泛存在。

  发表研究论文230余篇,以唯一或共同通讯作者发表8篇Science、5篇PNAS。曾获国家自然科学奖二等?#20445;?#25490;名第一)、辽宁省自然科学奖一等奖2项,?#24405;?#22369;杰出青年科学家奖、?#24405;?#22369;国家科学奖以及国家自然科学基金杰出青年基金和国家自然科学基金海外及港澳青年学者合作研究基金。

  一个真正的科学?#20197;?#38754;对诸多影响选择的因素?#20445;?#20182;内心的天平会倾向何方?张东辉给出的答案是,自己所?#37038;?#30740;究的发展前景以及研究机构的科研氛围。

  很多通过CUSPEA赴美留学的人都在用不同方式为社会创造价值,从不同角度帮助中国科技发展、促进学术交流。从这个意义上说,无论最终是否?#37038;?#29289;理学研究、无论是否回国任职任教,CUSPEA都对世界和中国科学界做出了巨大贡献。

  1989年初秋,纽约曼哈顿。离华尔街只有15分钟车程的纽约大学,一位刚刚从复旦大学物理系毕业的22岁年轻人前来报到,他即将在这里展开5年博士求学生?#27169;?#21363;将接触到他天赋与热爱之所在的分子反应动力学领域。

  他是CUSPEA项目选拔赴美的最后一批中国大学生中的一?#20445;?#20182;叫张东辉。

  搭上CUSPEA末班车

  20世纪七八十年代有一句流传甚广的名言,“学好数理化,走遍天下都不怕”。那时的学生,如果表现出在学习上的过人天赋,往往会选择在大学读理科。张东辉也不例外。

  在舟山中学?#20445;?#24352;东辉一直是名?#26143;?#33541;的学生,他的化学、物理两科?#20219;?#31361;出。当时的?#26412;?#22823;学化学系是全国首屈一指的化学院系,这是张东辉梦想去读书的地方。

  1985年,张东辉取得了保送上大学的机会,不过不是他心心念念的?#26412;?#22823;学化学系,而是距离他的老家舟山并?#36745;?#30340;复旦大学。 ?#26696;?#26086;大学物理系有很好的学术口碑和传统。”张东辉最后选择了物理学专业。

  彼?#20445;珻USPEA项目已实行6年,其间,数百名中国学子通过该项目赴美攻读物理专业研究生。比张东辉大几届的复旦大学物理系学生王?#23478;?#22312;CUSPEA考试中名列全国前茅,成为学弟学妹眼中“特别厉害的人”。同学们的口口相传让张东辉第一次知道,原来还有这样一个项目,如果考取的话就可以赴美读博士了!

  事实上,在CUSPEA开始实施之后,全国名校的物理学专业学生中的佼佼者都希望可以一试身手。张东辉也在这股风潮的带动下开始认真?#32538;肌?/p>

  1988年,CUSPEA考试像往年一样进行了笔?#38498;?#38754;试,由于张东辉在大学里一直保持学业优势,笔试对他来?#30340;?#24230;并不大。面试阶段,李政道委托了一名来中国进行学术访问的美国学者?#21592;适院细?#32773;进行英文面试。

  “面试题目是用英文讲述自己做过的物理学实验。”张东辉回忆说,他的实验课成绩一直是优,只是实在不擅长英语口语。面试前,张东辉准备了几个近代物理学实验的英文阐述,其中最熟练的是核磁共振,最生疏的是塞曼效应(Zeeman effect)。谁知,美国教授恰恰选择了塞曼效应作为题目,张东辉只能用不熟练的专业英语词汇尽量表述。

  语言?#37038;?#35753;张东辉的面试发挥不尽如人意,?#20197;?#30340;是他还是被纽约大学录取,和其他七八个同学一道踏上了前往纽约的求学之旅。

  与分子反应动力学的奇妙相遇

  不同于国内先定导师的研究生培养制度,张东辉在赴美之初并未确定导师。经过一年的课程学习,张东辉顺利通过了博士生资格考试。在正式选择导师和研究方向之前,张东辉经历了一个摸索期。

  当时的纽约大学物理系在实验方面有激光冷却方向,这是当时物理学界的前沿领域。张东辉开始尝试着进实验室做实验。“我很快发现,实验物理不太适合我。”张东辉说,科研阶段的物理实验需要长时间盯在实验仪器旁,“时间和行动都不自由”。

  思来想去,张东辉还是觉得理论物理,?#32469;?#26159;需要计算方案的研究方向更符合自己的研究兴趣。

  当?#20445;?981年通过CUSPEA考试、1982年赴美留学的张增辉刚好来纽约大学执教。相似的背景、仅差一字的名字,预示着一段奇妙的相遇即将发生。

  一天,张东辉像往常一样来到物理系大楼,门口的公告栏上贴着张增辉对分子反应动力学研究的介绍。“分子反应动力学!?#38381;?#26159;一个对张东辉而言似曾相识的名词。

  1987年,刚刚获?#38376;当?#23572;化学奖一年的李远哲到复旦大学作了一场关于“分子反应动力学”的报告,这是张东辉第一次近距离接触诺奖获得者。尽管当时并未对报告内容有更深入的理解,但“分子反应动力学”在当时尚读大二的张东辉心里留下了很深的印象。

  张东辉敲开了张增辉的办公室。“我们通过程序计算方法做分子反应动力学研究。”一听到“程序计算?#38381;?#20010;词,张东辉更兴奋了,这是他擅长且有兴趣的研究方法。

  没有了语言?#20064;?#24352;东辉得以更加清晰和精准地表达自己的想法。这使得他和导师之间的?#33268;?#26356;加容易、高效和深入,科研进度推进得非常顺利。

  20世纪90年代初正是美国计算机大发展的时代,张增辉用近6万美元科研经费为课题组购置一台IBM大型工作站,并配置几个大屏幕显示器给张东辉等学生写程序。

  张东辉沉迷于写程序,直到现在,他仍然花很多时间在亲自写程序上。当年通过CUSPEA项目留美的中国学生,很多选择了离开物理学领域,其中?#29615;?#36827;入计算机领域者。但张东辉的研究方向几乎没有发生过大的转向。

  “可能是我当时的科研进展比较顺利吧。”在张东辉看来,似乎?#20849;?#33021;用“坚持?#38381;?#20010;词形容他的选择, “我觉得研究越做越有意思”。

  读博期间,张东?#38498;?#23548;师在分子反应动力学领域的研究已经处于世界顶尖水平,这种学术生涯早期的积累为张东辉将研究进行下去提供了充足信心。

  找到实验同行

  1994年,张东辉取?#38376;?#32422;大学博士学位,随后在纽约大学和芝加哥大学进行了3年博士后研究,后入职?#24405;?#22369;国立大学。

  2000年前后,中国科学院大连化学物理研究所(以?#24405;?#31216;大连化物所)分子反应动力学国家重点实验室主任、973项目首席科学家离所。彼时在中国台湾原子与分子科学研究所任研究员的杨学明?#37038;?#22823;连化物所的邀请,回到大连化物所接任国家重点实验室主任职位。

  杨学明的研?#31185;?#23454;验方向,他需要与理论研究同行合作。“什?#35789;?#20505;有空来大连看看吧??#38381;?#26159;杨学明第一次“含蓄”地向张东辉发出回国邀请。

  当时世界上?#37038;?#20998;子反应动力学实验研究的基本上是李远哲的学术后辈,张东辉任职的?#24405;?#22369;国立大学没有相关领域实验团队。他意识到,要想让自己的研究上一个台阶,与实验同行的合作必不可少,而杨学明回到大连化物所后组建了一支规模较大的实验团队,这正好与其理论研究形成互补。

  大连化物所背靠大连市著名的星海广场,面朝大海,四季宜人。这?#28304;?#23567;在舟山长大的张东辉来说,也有一种环境上的亲切?#23567;?#25152;以尽管面临再一次迁徙时有略微的纠结,张东辉最终还是下定决心来到大连化物所。

  一个真正的科学?#20197;?#38754;对诸多影响选择的因素?#20445;?#20182;内心的天平会倾向何方?张东辉给出的答案是,自己所?#37038;?#30740;究的发展前景以及研究机构的科研氛围。

  2006年初,张东辉正式入职大连化物所。他和杨学明理论与实验工作的合作也卓有成效地开展起来,很长时间内每年都差不多有一篇论文发表在《科学》上。“在分子反应动力学领域,杨学明的实验研究和我的理论研究基本都在世界顶尖水平,因此,我们的合作可以说是1+1大于2。”

  大连化物所的科研氛围宽松而紧张,说宽松是研究所尽可能给研究人员自由的研究环境,?#21040;?#24352;是研究所实行严格的?#35745;?#26426;制和末位淘汰。这种宽松与紧张的结合,让大连化物所成为张东辉继续科研事业的理想平台。

  CUSPEA将中国学生带到世界前沿

  从用庚子赔款?#32479;?#30340;近代第一批留学生开始,百年来,像CUSPEA这样大规模的留学生派遣,让我国一批批优秀学子站到了更高的平台上,得?#28304;?#25720;世界科学前沿。

  回首刚走出国门的那几年,当时中美之间科研条件和科研水平的巨大差距带给张东?#38498;?#22823;震?#22330;!?#25105;毕业论文的很多东西都是用美国的超级计算机计算出来的,那时国内才刚开始使用个人计算机,用超级计算机做有关理论化学的并行计算在90年代初的中国是很?#20005;?#35937;的。”

  在科研水平上,留学纽约大学让张东辉迅速触摸到世界学术前沿。“中国学生读书很厉害,但往往出国后才知道我们和发达国?#20197;?#31185;研方面的差距。”

  张东辉回忆说,在参加博士生资格考试之前的一年留学生活中,?#25105;的?#23481;让他觉?#23186;?#20026;轻松,也并未觉得中国学生的学业水平与美国学生有很大差距。但进入科研之后,他还是明显感觉到国内外的水平差异。

  张增辉教授的研究当时处于世界顶尖水平,张东辉在他导师的带领下也很快将研究做到了世界前沿。“如果没有CUSPEA提供的机会,我的研究道路将会完全不同。如果没有这次触摸世界学术前沿的经历,我也很难做出世界水平的研究。”

  在CUSPEA项目运行的十年期间,共有900多名全国各高校物理专业学子赴美留学,其中有人中途转读其他专业、有人在拿到物理学博士学位后进入其他领域工作、有人没有选择回国任职任教。张东辉是始终走在这条道路上的人,但他却拒绝为此贴上?#26696;?#22823;上”的标签。

  “很多通过CUSPEA赴美留学的人都在用不同方式为社会创造价值,从不同角度帮助中国科技发展、促进学术交流。从这个意义上说,无论最终是否?#37038;?#29289;理学研究、是否回国任职任教,CUSPEA都对世界和中国科学界做出了巨大贡献。”张东?#20113;?#20215;说。

  从人才培养的角度,CUSPEA挖掘了一批“潜在”的科研新生力量,这对我们今天的物理学人才培养模式仍然有启迪作用。

  张东辉认为,物理学研究人才的培养不能走向两个极端,要遵循学科发展和人才发展的规律。“比如前些年的高?#20960;?#38761;试点中,由于制度设计的?#27605;?#23548;致很多学生不选考物理,这肯定不对。物理学是很多科学发现、技术发明和工程应用的基础,理工科相关专业不学物理必然会造成知识结构的?#27605;蕁?#20294;从另?#29615;?#38754;说,也没有必要让所有学生都去做数理化研究。”

  科学研究?#23637;?#26159;一项小众事业,需要天赋、兴趣和热爱的支撑,这些是看似偶然机会背后的必然因素。如果能发现真正具备这些条件的人才,并给予他们?#23454;?#26426;会,对科研领域来说,已是一大幸事。

  张东?#28304;?#19978;了CUSPEA十年的末班车,但只要有这样的人才培养理念,物理学家将源源不断涌现出?#30784;?/p>

  以下是该媒体报道地址:http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/8/349084.shtm

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