[学者笔谈]盛政明：等离子体物理人生[图]

[发布时间]: 2013年04月21日

  ■ 科学研究有时就像爬山，也许你是可以看得见目标的，但如何达到这个目标是不清楚的，可能你需要绕很长的路，爬过很多山峰，还会经历多次无功而返，运气好的话你或许最后可以达到最高峰。

  ■ 有时科学研究根本看不清目标，就像在漆黑的大海上航行，却没有清晰的航海图和指南针，大多靠经验（包括别人的经验）来判断确定自己的航线，你就是在这样的黑暗和困顿中前行，所以唯有对科学本身的热爱和踏实、专注的学术态度，才能帮助你站上顶峰、找到光明。

  ■ 科学研究需要长时间的积累和磨练，只有耐得住寂寞和孤独的人，才可能一直走在通往成功得路上。即使他最后没有到达科学的顶峰，但如果他能在一路上欣赏和领略过很多美景，并有不少良师益友一路同行，他的内心是平静和满足的，他的人生是充实和幸福的。

　　在繁杂的忙碌中，不知不觉人生已经走到半山腰，真是日月如梭。屈指一算，从做研究生开始，我已走过了近26年的科研生涯。这一路走来既感受了科研的乐趣，也深深体会到从事科研工作不一样的艰辛。科学研究有时就像爬山，也许你是可以看得见目标的，但如何达到这个目标是不清楚的，可能你需要绕很长的路，爬过很多山峰，还会经历多次无功而返，运气好的话你或许最后可以达到最高峰。有时科学研究根本看不清目标，就像在漆黑的大海上航行，却没有清晰的航海图和指南针，大多靠经验（包括别人的经验）来判断确定自己的航线，你就是在这样的黑暗和困顿中前行，所以唯有对科学本身的热爱和踏实、专注的学术态度，才能帮助你站上顶峰、找到光明。

　　当今的科研领域，在第一线参与激烈国际竞争的大多是青年学者，科学发展的历史也一再表明，科学创新的主体是青年人。他们具有最活跃的思维和冒险精神，是科学创新最主要的力量。我国提出要建立创新型国家，而我们上海交大提出要成为世界一流大学。无论是一所大学还是一个国家，要成为世界一流，必须有一大批青年人才来参与，并让他们成才、成功。因此我们这些已经从学生成长为师匠的先行者有责任和义务不断向青年学生学者传递执著、创新的科学精神，并努力给他们创造最好的条件，把我们的事业一代一代传承下去。教育和科研是密不可分的，这里我结合个人的经历讲一点自己的科研教育感受。

　　在无意间踏入等离子体物理

　　激光等离子体物理研究是物理学的一个分支,我从事这个领域研究也属偶然和缘分。我记得填报大学志愿时第一志愿是计算机专业，因为之前看了一些科普文章介绍，觉得计算机很神奇。但那年高考时平时是数学尖子生的我犯了个少有的低级错误，数学考得不太理想，没有录取第一志愿，结果就去学物理（光学）专业。大学毕业的时候，我被保送去中科院读研究生，当时我本可以选择继续读光学专业，又鬼使神差地选择了读一个不太熟悉的专业方向——等离子体物理。那时自己一个非常单纯甚至幼稚的想法是，希望挑战一下自己，学习了解更多自己不熟悉的东西（在大学里学了各种物理课程，惟独没有等离子体物理）。三年之后我转到了把光学和等离子体物理结合的方向——激光等离子体物理。从1990年至今，我一直在这个方向做研究。这是个充满挑战的研究领域，也有重大的国家需求。目前这方面的人才培养还远未能满足国家的需求。

　　等离子体作为物质的第四态，与我们好像很陌生，但其实离我们日程生活也很近，譬如火焰、气体放电灯管、大气闪电等都是处于所谓低温等离子体状态。稍远一点的，我们大气层上面的电离层也是等离子体状态。从20世纪30年代开始，人类首先发现太阳和许多天体是由等离子体组成的，因此宇宙中的等离子体比固态、液态、气态物质都多得多。一般认为我们宇宙中99%的可见物质处于等离子体状态。宇宙中等离子体状态的参数范围极其广阔，其密度范围可以从103至1033/m3，温度范围可以从102至108K以上，远远超出我们的想象。因此理解和掌控等离子体，对人类生存和生活都非常重要。美国物理学会等离子体物理分会出版的The Pervasive Plasma State (http://www.apsdpp.org/outreach/plasma_brochure/)以通俗的语言、图文并茂的方式介绍了无所不在的等离子体以及它的广泛应用。在实验室人们也可以产生广泛参数范围的等离子体。等离子体是研究各种非线性问题的理想介质。譬如，著名的等离子体物理学家A. Hasegawa在研究等离子体非线性基础上首先发现了光孤子，并发明了光孤子通讯。人们在实验室化大力气来控制高温等离子体各种不稳定，这是人们在地球上实现可控核聚变能的必要手段。目前我们上海交通大学激光等离子体实验室的一个研究方向是利用超短强激光产生特殊状态的等离子体，用其产生极高的加速梯度（比传统加速器高三个数量级以上）来加速等离子体中的电子和离子。因此人们可以在中等规模的大学实验室得到能量在数百至数千兆电子伏的强流高能粒子束，这在先进加速器概念研究、工业、医疗等有广泛应用前景。

　　从不同导师那里学习做科学研究

　　在我的成长过程中非常幸运，遇到了几位引领我走上科学研究的、让我十分敬仰的导师。我的硕士导师是中科院等离子体物理研究所的俞国杨研究员。我是他的第一个研究生，因此他对我的要求是比较严格的。记得一上来他就让我看几篇描述磁约束等离子体中电子回旋动力学的经典文献，并且要求我一步步地把文献上所有公式仔细推导出来。俞老师交代给我课题时，他自己先有一个简单的物理图象，然后让我从数学上来进行证明，所以在后面近两年的硕士论文工作基本都是在推导公式。当别的同学都在忙考TOFEL和GRE的时候，我能安下心来埋头于其中的物理研究。这除了我对物理的兴趣和做事认真专注的态度，与俞老师的言传身教也是分不开的。硕士快毕业时，我还在犹豫不决要不要向象牙塔尖继续攀爬，徐至展院士写信鼓励我去上海光机所攻读博士学位。徐院士的研究兴趣非常广泛，是国内强场激光等离子体物理的开拓者和先驱。在上世纪90年代初，超短强激光脉冲技术刚刚出现，徐院士敏锐地注意到这一点，所以他建议我将超短强激光脉冲与等离子体相互作用作为我的博士论文方向。在上海光机所这段时间，团队中活跃和自由的学术氛围对我的博士论文研究很有帮助。如果说在硕士期间我像被老师扶着走路，完成的是老师的“命题作文”，做博士期间通过大量地阅读文献，了解这一领域最前沿的动向，我逐渐能开展独立思考，在物理上能有新的发现了。在博士生期间，我提出了用激光在等离子体中产生的尾波场来压缩激光脉冲的理论，10多年后，法国的学者在实验室第一次在实验上观察到这种现象。我研究生时期的导师都是中国老一辈科学家，他们大都生活在科研条件简陋、物资匮乏的年代，但这些丝毫也没有动摇过他们对科研的无限热爱和执着，这种精神不断激励我，让我终身受益。

　　1995年，我有幸去德国马普量子光学所跟J. Meyer-ter-Vehn教授做博士后研究。他是一个科学上具有深刻洞察和直觉的著名等离子体物理学家，特别擅长抓住复杂物理问题的核心，然后提出简单明了的物理模型。在上世纪80年代初，他提出了著名的激光核聚变内爆等压模型，计算核聚变靶的能量增益。在这之前虽然美国利佛莫尔国家实验室的科学家们采用大量的数值模拟给出了核聚变增益曲线，但没有人真正明白其物理内涵。我刚去的时候，他开始把研究兴趣从惯性约束核聚变转向超短脉冲强激光与等离子体作用，他建议我先把最简单的强激光与单电子作用过程理解清楚，然后再去做复杂一点的激光加速问题。后来基于另一个年轻同事A. Pukhov的数值模拟，我们提出了激光等离子体通道中的直接加速机制，也是用我给出的单粒子模型来描述的，这个工作在2009年被美国物理学联合会（AIP）选为过去50年等离子体物理高引用文献。和他讨论问题时，他经常要我对经过很多计算后得到的结果给予物理上的解释，这对我帮助很大。此外，虽然他自己是做解析研究的，但意识到等离子体物理很多非线性问题离不开大规模数值计算，所以他的很多学生和合作者都是做大规模数值计算的。那个时候的我从来没有听说过大规模并行计算，但当时他的研究组里有两个人已经在用当时世界上最快的计算机做强激光等离子体方面的工作，并且研究结果对实验起了很好的指导作用。这些对我产生了深刻影响，也促使我随后往数值模拟这个方向去发展。1998年，日本大阪大学激光核聚变研究所当时的所长K. Mima教授以及该所计算物理研究组的负责人K. Nishihara教授邀请我去大阪大学从事强激光与等离子体作用的研究。Mima教授是等离子体物理理论界国际公认的大家，有个描述等离子体中湍流的Hasegawa－Mima方程，就是以他的名字命名的。Nishihara教授是激光等离子体数值模拟研究的大家，当时他的学生有一些三维粒子模拟的结果观察到强激光在高密度等离子体中传输时的各向异性调制现象，他希望我能发展个理论模型来解释。我记得一开始还同时参加两个教授研究组的组会。印象很深的是，我们每周在某个中午的午餐时间开组会，每个人轮流讲自己的研究进展，时间长度不限。Mima教授具有非常丰富的等离子体物理知识，他对每个人的研究进展，都能给出深入的点评和建议，很有启发性。有时自己信手拈来，就在黑板上推导公式。Nishihara教授做事极为认真，很多事情也是躬身亲为。当时国际上还少有的三维粒子模拟并行计算程序是他自己写的。他对学生抓得更紧，学生要经常向他汇报工作进展，他自己也是每天很晚才回家。

　　前面提到的Meyer-ter-Vehn教授和Mima教授都获得过美国核物理学会的Edward Teller奖章，这是激光核聚变领域最重要的奖项。有意思的是他们两位也都获得过欧洲物理学会的Hannes Alfvén奖，这也是欧洲物理学会授予等离子体物理学家的最高奖。跟着这些大家们一起学习和工作，有幸领略他们身上的“科学灵气”，学习他们指导学生、管理研究组的方法，更有幸可以近距离地感受他们几位文化背景迥异、个性不同却无不例外地闪烁着各自耀眼的人性光辉。幽默、宽容、充满好奇心、对艺术的热爱，使他们没有被繁重而枯燥的工作变成“工作上的巨人、生活上的弱智”，而是经常红光满面、精神矍铄、收放自如。他们就像一面面镜子，让我清晰地领悟到科研工作是唯一的，又不是唯一的：激光等离子体物理将是我此生唯一的事业，却不是生活的全部。对一个人而言，只有让生活和工作保持相对的平衡，才能使我们有一颗年轻的心，保持旺盛的工作斗志。

　　与学生一起感受更多的科研乐趣

　　科学发展到今天，科研的方式也在不断转变。以前从事理论研究，往往以一个人为主。但现在的科学研究往往是多学科交叉，同时需要充分利用先进的技术，这使得人与人之间的合作变得极其重要。很多人都知道，我们的老一辈在面对新的先进技术，往往是采取回避的态度，对他们来说哪怕一部智能手机怎样使用可能也成问题。而这方面，我们年轻的学生确可以做得很好。譬如，我的很多学生在高性能计算和编程方面的能力，已经超过我很多。不仅如此，他们的思想并没有受到太多的束缚，经常会有意想不到的新发现。回国后，我也尝试效仿我的中外导师们带学生的方法，在面对每一个新的学生，思考如何让他们扬长辟短，在一张空白的纸上，在有限的时间内画出一幅令人满意的科研画卷。在一个比较浮躁的大环境下，怎样让他们能够沉下心来去做点科学探索，让他们认识到所从事工作的意义和价值，培养他们在循序渐进中发现一些有意义的新的科学问题，并在与科学奥妙的互动中感受快乐和满足，都是需要作为导师不断思考的问题。只有这样，我们的科学知识、科学精神才能得到不断传承和发展。基于个人的体会，我非常支持鼓励毕业的学生去国外做进一步深造，他们中很多人在国外做出了很重要的工作，他们的成功也给我带来了最大的成就感和快乐。

　　纵观过去十年，由于国家有关等离子体物理领域的一些大项目的陆续投入，这方面的青年人才培养取得可喜的成绩，这从最近几年蔡诗东等离子体物理奖的申报者和获奖者的水平等侧面反映出来。该奖励是国内等离子体物理学界和海外华人学者为激励从事等离子体物理研究的青年学者而捐赠设立的、目前主要针对博士论文工作的奖励。我自己也有多位学生曾获得这个奖励，自己也因此得到很大鼓舞。希望将来我们国内学生的博士论文能够获得国际上的一些博士论文奖，譬如国际上激光等离子体加速领域，有一个J. M. Dawson博士论文奖，欧洲物理学会也有一个面向全世界的等离子体物理领域的博士论文奖。当然我们从事科研的目的不是为了获奖，更多是为了超越自己，留下自己的科研足迹，并对人类和国家的发展有益。

　　“大浪淘沙无尽时”。科学研究需要长时间的积累和磨练，只有耐得住寂寞和孤独的人，才可能一直走在通往成功得路上。即使他最后没有到达科学的顶峰，但如果他能在一路上欣赏和领略过很多美景，并有不少良师益友一路同行，他的内心是平静和满足的，他的人生是充实和幸福的。

　　学者小传

　　盛政明，上海交通大学物理和天文系特聘教授，激光等离子体教育部重点实验室副主任。1993年于中国科学院上海光学精密机械研究所获博士学位。从1995-2001年，先后在德国马普量子光学研究所和日本大阪大学从事研究工作。2001年起作为中国科学院“百人计划”海外引进人才进入中科院物理研究所，先后任特聘研究员和研究员，2007年起任上海交通大学特聘教授（2008－2011为长江特聘教授）。

　　长期从事强激光与等离子体相互作用研究。代表性工作有：结合二维和三维粒子模拟发现了激光等离子体通道中电子的“逆自由电子激光”加速机制，提出了强激光对等离子体中电子加速的随机加速机制；提出了互调制尾波场加速器的概念，并被实验所证实；发现了超短脉冲强激光与固体靶作用过程中产生的高能电子、高能离子和x/gamma 射线的角分布与其能量的对应关系，被很多实验所证实；提出了产生超强太赫兹辐射的新方法；提出了用大振幅等离子体波压缩激光脉宽和产生单周期光脉冲的理论等。发表学术论文200余篇，总引用超过3000次，H因子30。在国际学术会议作邀请报告50多次。

　　迄今已经培养博士生、博士后14 名、硕士生多名，其中有2人获得国家青年千人计划资助，3人获得德国洪堡基金会资助，1人获得日本JSPS外国人特别研究员资助，并有5名博士生获得蔡诗东等离子体物理奖等。

 来源 ：上海交通大学新闻网
 原文： http://news.sjtu.edu.cn/info/1006/135723.htm