張鐘華
——難以計量的科技人生
- 2009年06月12日 09:11 信息來源:
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2008年1月8日,上午10時,人民大會堂。國家科學技術獎勵大會正隆重舉行,黨和及科技界的精英濟濟一堂。
當個子瘦小、精神矍鑠的中國工程院院士、中國計量科學院研究員張鐘華登臺接受國務院副總理吳儀頒獎時,人們報以長時間、熱烈的掌聲。
張鐘華和他的團隊是因“量子化霍爾電阻基準”項目領先國際而榮獲國家科技進步一等獎的——這一基準的準確度比國外高水平還高了10倍多!也許普通人聽不懂這么拗口的科技術語,也不明白有什么重大意義,但在場的科學家們很清楚:這意味著擁有自主知識產權的我國電學計量站在了世界的頂峰,這對推動我國科學技術的進步意義非凡!
會后當很多媒體欲對張鐘華進行采訪時,卻發現他不見了——這時的張鐘華早已匆匆返回,一頭扎進了實驗室。
時間,對于他來說,太寶貴了。
今年5月17日,記者輾轉聯系上他時,他剛從一次國際計量學術會議上回來,他已經向計量科學的另一座高峰——“量子質量基準”發起了沖鋒。
在中國計量科學研究院的實驗室里,已經69歲、衣著簡樸、面容清癯的張鐘華看上去普通而平易。但一提起計量科學,他的眼睛立刻炯炯有神,散發出一個大科學家睿智的神采。
“薩達姆躲在地洞里,美國的導彈為什么能鉆進去很準地打他?衛星導彈都是靠GPS全球定位系統指揮的,GPS定位系統準不準是靠衛星上面裝的原子鐘,而原子鐘準不準就要靠計量科學。”
“生活中常用的電視機、電冰箱好不好,是要靠電學儀器來檢測的。而所有的電學儀器準不準,也要靠計量科學。”
“空氣是不是被污染了?測量會得出很多數據。這些數據準不準呢?都要溯源到計量科學的標準量上去。”
“所以說計量學是上管天,下管地,中間管空氣……”張鐘華幽默地說。
“中國計量要獨立自主”
1965年,從清華大學電機系研究生班畢業后,張鐘華分配到中國計量科學研究院,從此開始了他漫長的計量科學之旅。
在這里,不經意間,原國際計量委員會成員王大珩院士給他上了人生中“重要的一課”。建國初期,國際上還是以實物作為計量源,由于當時中國沒有計量標準,在上級指示下王大珩只有去前蘇聯求證測量結果。因為怕溫度、濕度變化及路途顛簸等因素影響了測量結果的準確性,一路上王大珩把棉被包裹的設備緊緊抱在懷里,小心翼翼地像抱著一個嬰兒。等到了目的地,胳膊都伸不開了。“你能理解那種滋味嗎?”王大珩輕輕問他。
張鐘華強忍著沒掉下眼淚。“中國計量要獨立自主,不能受控于人!”他在心里暗暗發誓。這成了他拼搏一生的原動力。
張鐘華孜孜不倦地工作著。上世紀70年代他擔任國家“計算電容基準”主體研制工作, 即提出“變動邊界微擾法”,解決了電極幾何形狀誤差的計算問題——從此中國的交流阻抗標準有了獨立自主的溯源根據,后來這項課題成果獲原國家計量局科技成果一等獎。其間日本聽說中國正在研究這項技術,就主動提出要和中國比對。
有意思的是,當張鐘華問日方實驗結果如何,日本學者說“找不到了”。但等張鐘華他們的結果出來時,日方趕緊說他們的結果“又找到了”。后,通過比對,證實雙方的結果一模一樣。
“其實,他們哪里是找不到結果呀,是不相信中國能做出來。”張鐘華“啞巴吃餃子——心中有數”。
時光荏苒。
2006年,法國都靈國際會議。張鐘華鏗鏘有力地宣布:中國向世界性計量難題“量子質量基準”宣戰!所有人的目光都聚焦在這個身材瘦小的中國科學家身上。此前,美國人已經研究30多年,投入3000萬美元;英國人研究近30年,投入1000萬英鎊;法國人研究20多年,投入900萬歐元,但都還沒有得到符合要求的結果。
中國行嗎?
但中國計量科學已經取得的成就,足以讓人不再懷疑這個瘦小身體里蘊藏的巨大能量,不再懷疑中國人的力量。
從張鐘華立下宏愿至今,40多年過去了,中國已成為舉世矚目的東方巨龍,中國的計量科研事業也已屹立于世界科學之林。
英、法、德、日等發達國家紛紛向張鐘華拋出橄欖枝。有的要求合作,有的表示要提供豐厚的經費支持,還有的直接給他個人開出了優厚的條件。就連美國也主動提出要共同完成“建立量子質量基準”這一課題——這在從前是不可想象的,“過去,美國人根本都不理你”!
張鐘華不卑不亢,一一婉拒。他信心百倍地表示:“中國的計量科學要走獨立自主的道路,我們有這個實力,也有這個能力!”
一個“準”字,追求一生
在張鐘華眼里,計量科學濃縮成了一個字:準。一個“準”字,讓他追求一生。
“準”是不斷變化的。國際計量從1960年代以實物標準作為計量源,到今天以基本物理常數來導出量子計量標準,準確度早已發生了劃時代的飛躍。
但每一個時期,張鐘華都在自己的領域力求與國際先進水平接軌,甚至領先國際水平。條件不如別人,就通過加倍的努力來彌補,有時為了一個數據就能做成百上千次實驗。“他治學非常嚴謹”,德國的一位計量專家評價。
一次,在中德貿易合作中,德國人將一批經本國評估確認不合格的硅鋼片運達了天津港。技術人員在提貨檢驗發現異常后,拒絕簽單。德方色厲內荏地質問:你們怎么能證明我們的產品不合格?
實際上技術人員早就把樣品送到了中國計量科學院檢驗。當張鐘華給出的檢驗數據呈現在德方代表面前時,對方驚呆了——測量結果和德方在本國的數據一模一樣!“沒有想到,沒有想到!”他們只好灰頭土臉地賠償。
“計量科學發展落后,就會受欺負!”張鐘華多次跟他的學生說,“計量科學的核心,就在‘準’上,而‘準’就必須嚴謹。”
他的學生們對此深有體會。“你們怎么把桌子搞得這么亂?這哪里像做學問的樣子嘛!”那天,當著記者的面,張鐘華毫不留情地批評他的弟子,“做學問必須從點滴小事做起,計量是半點也馬虎不得的科學!”
事實上,這個“準”字已經融入到他的血液中。他的學生們注意到了這樣一個細節:張鐘華喜歡穿白襯衣。有趣的是,幾十年來,他穿襯衣時永遠只開著粒扣子,無論冬夏。
本著嚴謹的治學和生活態度,就這樣,年復一年,張鐘華在攀登計量高峰的征途中留下了串串足印:
1988年,他測得的量子化霍爾電阻的國際單位制量值被國際計量委員會正式采用作為確定國際推薦值的依據之一;1992年,他主持的“建立超導強磁場標準”課題裝置通過鑒定,為國際同類裝置先進水平,研究中提出的 “抑制法”解決了國際難題;1993年,他發現并解決了當前阻礙量子化霍爾電阻標準的準確度提高的主要誤差來源,制成了國際領先的超導電流比較儀;1994年應國際上要求,他用我國的計算電容測定了量子化霍爾電阻的國際單位制量值——此量值后來在新一輪國際基本物理常數平差時被正式采用,為確定基本物理常數的準確數值作出了貢獻;1995年他當選中國工程院院士,時年55歲,成為當時年輕的院士之一。
“與時間賽跑”
1980年,在德國召開的國際計量大會上,當德國教授馮克律發表“量子化霍爾效應”時,這一重大發現引起了極大轟動。各國科學家都興奮不已,英國一位科學家當場就跳了起來,大聲嚷嚷:“不得了了,我要跑步回去研究,我們一定要搶先出成果。”
誰都知道,一個計量的新時代到來了。作為當時出席會議的唯一一名中國專家,張鐘華的心也是激動得怦怦直跳。他迅速啟程回國。在輪船的甲板上,面對浩瀚的大海,張鐘華迎風而立,心潮澎湃:中國一定要在國際計量科技領域搶占一席之地,一定要搶先建立擁有自主知識產權的量子計量標準!
回到國內,張鐘華迫不及待地將這一計量領域的重大發現及建立我國量子霍爾電阻標準的重要性向有關部門作了匯報。然而,當時我國的計量事業百廢待興,國力和計量研究能力還不具備進行量子標準研究的條件。直到7年之后,他的“量子化電阻基準”才被列入實驗項目。
遺憾的是,到1992年,因為經費和人才流失等原因,“量子化電阻基準”研究被迫中斷。張鐘華心急如焚。從1990年1月1日起,國際計量委員會正式在世界范圍內啟用量子化霍爾電阻自然基準,代替了已沿用幾十年的電阻實物基準。已經落后兩年了,中國什么時候才能有自己的基準啊!
“起步不怕晚,就怕不去趕!”張鐘華心中燃起一團熊熊的科學之火:“他山之石,可以攻玉!”
1993年,他再次只身來到了計量科技發達的德國。目的只有一個:學習先進經驗,建立中國的量子化電子基準。3年時間里,他全身心地投入到學習和研究中。無數個休息日,整個德國聯邦物理技術實驗院里,只有他一個人專注的身影。累了,倦了,他就走出實驗大樓,到樓前的草坪上與一群悠閑的梅花鹿嬉戲,將自己疲倦的身心放松片刻。時間一久,連德國實驗院的警衛見到他都佩服極了:“那個中國人不休息,又來工作了。”
偶爾,德國的同行也會善意地打趣:“張,你在與時間賽跑嗎?”
幸運的是,不久,一個機遇悄然而至。潘必卿,這位一直在計量戰線工作的專家型領導走馬上任中國計量科學院院長,他態度堅決地對張鐘華說:“量子化電阻基準必須搞上去,沒有錢,我用院長經費支持你!”后來,經過多方努力又爭取到了世行貸款及科技部重點研究項目資金,停止多年的量子化霍爾電阻基準項目終于又重新上馬了。
好事多磨。正當張鐘華以百倍的熱情投入到研究中去的時候,病魔這個不速之客卻又纏上了他的身體——他被查出患上了嚴重的腎病。得知這一消息,領導們非常重視,立即把張鐘華送到了醫療條件好的醫院救治。領導再三叮囑醫生:“這可是專家,一定要用好的藥,不惜任何代價治好他的病!”
而此時躺在病床上的張鐘華,想的還是已經進入關鍵性研究階段的課題。他急得火燒火燎,一遍一遍在心里默念:一定不能耽擱課題,一定要搶在別國前面發表成果。幾天后,身體還在恢復階段,張鐘華便強撐著扎進了實驗室。
“世界,確實杰出”
秋天,是一個收獲的季節。張鐘華和他的團隊的收獲時節也來到了。
2004年9月13日,“量子化霍爾電阻基準”項目迎來了鑒定的時刻。這一刻,距離他立下制定中國自己的量子標準的宏愿已經過去24年,距離課題在國內立項也已經過去17年。
鑒定會上,氣氛熱烈。張鐘華,這位工程院院士,像一個態度虔敬的學生,詳細地宣讀了課題組的研究報告,等待著盼望已久的鑒定結果。
令人興奮的是,專家們一致認為:這一成果在國際量子研究領域實現了飛躍!首先是在國際上從理論上證明了量子化霍爾電阻數值與器件的形狀無關,為證實量子化霍爾效應的普適性作出了貢獻。其次,自行研制的量子化霍爾器件,突破了國外技術封鎖,為課題提供了核心器件。另外,自主研究的高匝比超導電流比較儀,大大超過了國際同類裝置水平。該項研究成果數據可靠,度為國際同類基準之首(10-10量級)。值得一提的是,這三項主要創新均具有我國自主知識產權!
“這項成果是以中國計量科學研究院張鐘華院士為首的科研團隊經過十多年的努力取得的。建成的量子化霍爾電阻基準,準確度比傳統的標準電阻提高了一千多倍,達到了國際領先水平。”當鑒定委員會主任委員發表上述評價時,全場熱烈的掌聲經久不息。
但是,令張鐘華困惑的是,國際計量局遲遲沒有回應。
早在2003年,國際計量局就組織了用量子化霍爾電阻基準復現的100Ω電阻量值國際關鍵比對,有12個國家參加。張鐘華帶領的中國課題組在規定時間內做完實驗,提交了實驗數據。但之后,國際計量局一直未公布比對結果。
直到2005年3月,國際計量局電磁量咨詢委員會才通知張鐘華,要他再去巴黎作一次情況匯報。巴黎歸來,6月,國際計量局終于向全世界公布了比對結果。結果顯示,我國的測量結果離平均值近,不確定度小!——這意味著全世界的數據要以中國為準!
事后,課題組成員才知道,這次比對中,中國的測試結果太好了,遠遠優于其他11個國家的測試數據——不確定度方面的指標比國外基準高10倍還多!國際計量局官員不相信這真的是中國人自己做出來的,所以將公布實驗結果的日期一再推遲。直到聽完課題組的論文匯報,他們才心悅誠服。
據說,國際計量局局長沃勒德先生當時揮舞著雙手連呼:“難以置信!難以置信!”
為此,華裔諾貝爾物理學獎獲得者、美國普林斯頓大學教授崔琦專門發來了熱情洋溢的賀信,高度評價這項科研成果是“世界,確實杰出”。
張鐘華感慨萬千,卻只說了一句話:“這一天,我等得太久了!”
“計量科學好比花的根部”
鮮為人知的是,張鐘華差點與計量科學擦肩而過。1957年他以優異成績考上清華大學,初學的是軍用的保密專業,后來因為有“海外關系”才改成了電機專業。
“揭秘”這段往事,張鐘華大笑不已。他有兩個同母異父的弟弟,現一個在中國臺灣做牙科醫生,一個在美國加州公路局任局長。他們都曾有意無意地“暗示”張鐘華可以到當地工作,但張鐘華委婉地謝絕了。
他甚至“吝嗇”到了連外出講學都不肯的地步。日本等一些發達國家給他開出了講學一次6000美金的高價,他都沒有接受邀請。他寧愿呆在中國的實驗室里,或者做研究,或者帶學生。
“一花獨放不是春,萬紫千紅春滿園。”1980年代末的人才流失讓他有深沉的憂患意識,“我年紀大了,很多工作要靠青年科學家來做。像北大、清華、理工大的有些高才生做了一段研究工作就跑美國去,這是一個悲哀!”他自己一人就帶了十幾個博士,在他的心里,多帶一個就能多留住一個人才。
也因此,張鐘華的生活里沒有“閑暇”二字——為了不影響教育質量,也為了不耽誤科學研究,他所謂的閑暇時間全都在實驗室度過。
他的學生蘭江說:“我早晨七點趕到實驗室,老師已經到了;我于是改成早晨六點趕到實驗室,老師還是已經到了;第三天——我遲到了……”
蘭江還說:“老師經常和我們談心,叮囑不要浮躁,不要太功利,要安心搞研究……國外的技術人才也終將回到祖國的懷抱,這都是不容置疑的事,畢竟,國外不是自己的家……”
張鐘華以自己的經歷教育學生,“計量事業對維護國家技術主權、科學研究的獨立性以及國家經濟安全和國防建設都具有重要意義。國家強大了,個人才有前途,中國人才能受人尊重。”
“計量科學研究是一項默默無聞的工作。園子里的花很漂亮,人們都能看到它。而計量科學就好比花的根部,人們都看不見,但它卻至關重要。”
“再給我一個十年”
已近古稀之年的張鐘華,現在仍然每天工作十幾個小時,連他的學生們都自愧弗如。他單薄的身體似乎有無窮的精力。早晨,天剛蒙蒙亮,他便乘地鐵穿過初醒的都市,來到中國計量科學研究院那所安靜的實驗室中。
國家質檢總局的領導十分擔心他的身體,幾次安排他去療養院休息,他終都沒有去。領導們又心痛又生氣:你就那么忙?張鐘華唯有報以歉意的一笑。
他真的很忙。多年來他一直兼任著中國計量測試學會常務理事、計量學報編輯委員會主任委員、中國儀器儀表學會副理事、儀器儀表學報編輯委員會主任委員等職務。就在前兩年,他還以副主編的身份參與編寫了《中國大百科全書電工卷電磁測量分卷》以及《電磁測量及儀表》叢書。
他也向來不吝以院士的身份親自帶學生做實驗,他總是說:“青年科學家的基礎知識還不是很扎實,我要把畢生所學傳授給他們……”
更讓他內心有緊迫感的是“量子質量基準”這座橫亙在世界科學家面前的大山,“全世界都在搞,我們不搞行嗎?不搞就要受制于人,就要仰人鼻息,所以必須要搞!”
“非常有挑戰性!” 張鐘華說著興奮地挺直腰桿,“再給我10年吧!”
“國家前期給我投了1700萬人民幣,我要對得起這么一大筆錢啊!”張鐘華有點小得意地眨眨眼睛,“就10年,我爭取用10年時間,拿出成果來。”
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