作为中国科学院院士、南方科技大学副校长、中国科学院大连化学物理研究所研究员，杨学明自行设计研制和发展了一系列具有国际领先水平的科学仪器，他带领团队成功研制的中国首个自由电子激光用户装置，也为世界提供了一个国际独特且领先的实验科学研究平台。
作为中国科学院院士、南方科技大学副校长、中国科学院大连化学物理研究所研究员，杨学明自行设计研制和发展了一系列具有国际领先水平的科学仪器，他带领团队成功研制的中国首个自由电子激光用户装置，也为世界提供了一个国际独特且领先的实验科学研究平台。他坚持“不做跟别人一模一样的东西”，“就算是同类仪器，也一定要在某一方面做到超越”。正是这种“不一样”，令他获得2022未来科学大奖—物质科学奖。在他看来，这一奖项把中国科学家得到国际认可的工作在社会上传播开来，展示出这样的思想：“我们中国人要有胆识来推动世界科学的发展，真正为人类文明的发展作出重要贡献。”《科学中国人》：您因研发新一代高分辨率和高灵敏度量子态分辨的交叉分子束科学仪器，揭示了化学反应中的量子共振现象和几何相位效应，获得2022未来科学大奖物质科学奖。这项工作的重要性体现在哪些方面？杨学明：我是做基础科学研究的，探索未知科学领域，对我特别重要。从很早期我就有一个坚持：我们做实验科学最重要的一件事，就是如何探索未知的科学现象，或者还没有真正被认识的一些科学领域。比如在化学反应的过程中，为什么能产生这种化学反应产物，而不是那种化学反应产物？为什么这个反应在这种条件下能反应，在别的条件下不反应？非常关键的一点就是要找到化学反应过程中间状态的特色，也就是所谓的“过渡态”。过渡态的特性，是化学反应过程研究中的核心科学问题，我认为也是最重要的科学问题。但长期以来，我们对它的研究不够深入，也没有很好的方法。因为过渡态的“寿命”特别短，是飞秒（10-15秒）量级，所以需要非常特别的方法来研究。我们利用散射的方法，就是用两个分子束碰撞的方法，通过整个空间的反应的散射图像来看化学反应的根本特征。因为每一个化学反应，就像每一个人一样，都有自己非常独到的地方。几乎没有化学反应是完全一模一样的，所以找寻其中的规律，也就是化学反应过渡态有哪些基本特性，特别重要。我们知道，化学反应是遵循量子力学的基本原理。因此，过渡态本身应该也有非常明显的量子特性。过渡态的这些量子特性，很多都是我们以前没有认识到的，或者用以前的实验方法看不到的。而我们利用自己发展的科学仪器，就能够去研究量子共振态、几何相位效应等，并且通过和理论学家合作，对这些过程产生更深刻的认识。我刚开始进入这个领域时，化学动力学研究还是一个比较经典动力学领域；慢慢的，它开始走向了一个量子水平的化学动力学研究。在量子水平上研究化学动力学才能使我们对化学反应的本质有根本性的理解，并达到更加精准的水平，推动化学成为一门更精准和更可预测的科学。我认为这非常有意义。我身在其中，能够为推动这样一个方向的发展贡献自己的力量，而且我们在交叉分子束反应动力学上做出了一些非常独到的工作，大家也比较认可。这让我觉得非常幸运。《科学中国人》：一路走来，您觉得哪些是您人生中的关键节点？这些节点对您有怎样特殊的意义？杨学明：人生中的每一步，都会烙下一个脚印，对后来走向的结果有影响，所以每一步都很重要。我在浙江农村长大。很幸运，我在中学时遇到一位很好的化学老师，他的鼓励让我对化学产生了朦胧的兴趣。如果当初没有对化学感兴趣，可能我现在走的就是完全不同的道路。早期埋下的种子对我来说太重要了。我大学是在浙江师范学院（现浙江师范大学）物理系度过的，打下了很好的物理基础，但还是觉得应该继续追求化学。所以，我找到了一个学化学的机会，到中国科学院大连化学物理研究所（简称“大连化物所”）读硕士研究生，跟随张存浩老师和朱清时老师学习光谱。学了物理再去学化学，我自己认为是一个很好的知识架构。因为角度不同，看问题的方式就会不一样。我其实非常幸运地走上了这条道路。在大连化物所毕业后，我去美国留学。这一步对我来说也非常重要，真正让我见识到世界最先进的科学是怎样的状态。尤其在加州大学圣巴巴拉分校读博士时，遇到了Alec Wodtke教授。从他身上我学到了很多，让我真正产生了做科学研究的热情，也让我感受到做前沿科学是“触摸得到”的，是有可能一步一步把自己的研究想法实现的。对做科学研究来说，除了兴趣，另一件非常重要的事就是“想法”——因为有了想法才能有问题，有了问题才能解决问题。到这时，我做的还都是光谱。其实1991年之后，我去普林斯顿大学做博士后研究本来也是要做光谱。但后来遇到了一些困难，或者说我没有找到特别让我激动的方向。于是，我有了要转变一下研究方向的想法，就选择转到加州大学劳伦斯伯克利国家实验室，跟随李远哲先生利用同步辐射光源开展化学反应动力学研究。这是一个崭新新的研究，而且要研制一套全新、非常复杂的交叉分子束科学仪器，也正是这一点吸引了我走进了这一个方向。 我就是从这里真正开始并且学会做复杂的科学仪器，走到了化学动力学领域。对我后面的学术生涯来说，这是一个非常关键的转折点。可以说，这一路上我经历了很多“点”，每个点在我人生中发挥的作用不一样。但它们令我一步一步走上了一条能够追寻梦想、又能发挥价值的科学道路上，我感到非常幸运。遇到对的人、对的事情，又是自己喜欢的，人生能够这样“对”起来，很不容易。当然，这其中不是没有困难，每到要做决定往哪个方向上走的时候，我就问自己走上这方向，我会不会后悔。如果不后悔做了这样的选择，那我只能一往直前。《科学中国人》：您2017年11月份南下，出任南方科技大学理学院院长，当时选择南方科技大学的机缘是什么？杨学明：我是2017年来到南方科技大学（简称“南方科大”）帮助创建理学院的。南方科大是一个很年轻的学校，2010年才开始创建。我跟南方科大有一点缘分，它的创校校长朱清时是我的硕士生导师。所以在南方科大创建的过程中，我也很关注。朱清时老师很早期就邀请我来访问、作报告。我还参加了第一个教改班的开学典礼。当时只有四十几个学生，他们非常有理想，有挑战未来、挑战自己的精神和劲头，让我觉得我们国家的年轻人比我胆子还大，如果是我，也许还没有胆量去做这样的选择。我被他们所感动，南方科大也留给我一个敢闯、敢干的深刻印象。我觉得，这种精神值得我来为学校做一点事情。但当时那几年我特别忙，没有机会来南方科大。2014年之后，我有段时间身体不是很好，基本恢复之后感觉到觉得人生很短暂，还应该要做点什么有意义的事。所以当陈十一校长问我愿不愿意来帮助创建理学院时，我感到这是一个非常难得的机遇。南方科大是一个创新的学校，是一个非常有理想的学校。而我们国家在创新型人才建设上也确实有一些短板，我特别希望能在这方面做一点工作。而我本人学了物理和化学，懂一点仪器，对生物科学问题也非常感兴趣。可以说，我自己就是做交叉学科的，也希望在理学的学科交叉上有所贡献。所以建理学院这件事，非常对我的兴趣和胃口。杨学明：南方科大的优势在于“新”。有的时候新可能不是好事，但新最大的好处是没有包袱。南方科大在吸引海外人才方面有较大作为，最近的就是2022年，引进了菲尔兹奖获得者埃菲·杰曼诺夫。同时，国内很多优秀学者对南方科大也很认可。这些优秀人才的加入，对学校培养创新人才等方面有很大的推动作用。在过去的多年发展过程中，南方科大建立了不错的声誉，我们也希望各界能够对南方科大有更多的支持，来推动这一新型研究型大学的发展，真正把我国建设高水平研究型大学这件事做好。这对我国整个研究体系的发展具有根本性的意义。只有具备了培养高水平的科研人才，我国科研整体水平才有可能未来真正做到引领的高度。当然这是一个长期的工作，不是一天两天能做成的。我相信在大家的努力下，还是很有希望能够实现的。《科学中国人》：科学的发展离不开创新，您认为自主创新对一个国家、一个民族乃至一个人具有怎样的意义？杨学明：做科学，没有创新是没有办法生存的。创新的意义在于突破现有框架，去做别人做不到的事情。我自己做实验科学研究从不想完全跟着别人做，可能会用到一些前人发展的实验方法，但是从来不做跟别人一模一样的事情。我们实验室做科学仪器，哪怕是做同类的科学仪器，也一定要在某一方面超越，做到跟别人不一样。“不一样”不一定是全新的，但是如果跟别人一模一样，肯定不是新的。我们就是在那些“不一样”中体现创新的价值。《科学中国人》：您对我国自主创新体系的建设有何真知灼见？在您看来，如何培养出具有创新精神的学生？杨学明：在美国读博士研究生时，我得到了一个启发：研究生必须要有自己的创新思想。我们一直在强调原创。原创的思想和勇气特别重要。不要直接告诉学生他要往哪个方向发展，要鼓励他们去找到探索的意义，从而去做一些真正不一样的东西。别人告诉你的东西怎么能叫创新呢，创新是要从你自己内心迸发出来的。为什么我觉得自己能做科研，就是在读博士期间意识到自己有很多新的想法，并且有能力去实现它们的一部分。我们要鼓励和创造这种环境。不管是大学还是研究所，不能说去培养老师让干什么就干什么的学生，乖乖的跟绵羊似的，在研究体系中这是没有希望的，肯定会导致研究体系的一代不如一代。科学研究的发展就是要一代超越一代。我们要鼓励年轻人在科学上要有一些“反叛”精神，要敢于发出合理的质疑，要敢于超越他们的老师，只有这样科学领域才能兴旺发达。我们国家在基础科学探索上需要提倡这种精神。《科学中国人》：作为2022未来科学大奖物质科学奖获奖者，对于中国民间科学奖项推动科学的作用，您有怎样的看法？杨学明：这次获奖后，我对未来科学大奖的理念和做法进行了深入了解。我感到这是一个有特殊意义的科学大奖。它聚焦中国人的科学研究成果在世界的影响。过去几十年，我国基础科学研究水平有了大幅度提升，相当一部分学者的研究成果已经在国际上得到了认可。但国内在科学传播时讲得比较多的是“科学有用”。科学技术的发展不是孤立的。“科学有用”很重要，但基础科学的突破哪怕目前看不到用处，它也是很重要的。基础科学能推动人类知识疆界的突破。在这一方向上，极具代表性的、中国人做的东西，我们能数出来的不是那么多。但是，我相信随着我国基础科学的发展，中国科学家的突破一定会越来越多。我认为未来科学大奖充分展示了这样一种思想：我们中国人要有胆识来推动世界科学的发展，真正对人类科学文明的发展作出重要贡献。基础科学研究也推动重要技术的发展。比如，我们现在用于医学的核磁共振、X射线等技术，最开始就是做基础科学研究的科学家发展起来的。如果他们不来钻研，这些方法也发展不到现今的大规模应用。因此，我认为科学工具的发展水平，如实验技术、科学仪器、科学软件等，都是一个国家科技硬实力的体现，是基础科学研究的重要组成部分，需要得到高度重视。我国目前在基础科学上的重视程度和资金投入都应该继续加大，尤其是先进科学仪器和方法。高水平基础科学的发展，是成为世界强国的一个重要条件。未来科学大奖能够把中国科学家得到国际认可的工作在社会上广泛传播，鼓励高水平的科学研究，这对我国基础科学的发展特别重要。
▲2022未来科学大奖颁奖典礼，左起：沈向洋、杨学明
《科学中国人》：一路走来，您的科研理想是什么？对于未来的3到5年，人才培养、学科建设等方面，您有何规划？杨学明：我们团队现在已经做了一些初步比较好的成果，在此基础上，我希望我们能把问题做深、做透。比如，对过渡态有更加系统的认识。只有这样，我们对整个化学领域的基础性理解，才能达到更全面、更系统的水平。我也希望未来几年，我能有时间去写过渡态研究方面的专著，总结过去我几十年中的研究工作和经验。希望能够帮助大家提高对于过渡态量子特性的认识。同时，我特别希望能有更多的年轻人才脱颖而出，去挑战一些比较重要的问题。我认为国内已经有一批非常高水平的人了，希望这一批人能够发展成为世界顶尖的水平。我们中国人能够培养世界顶尖的科学家，也是非常重要的事情。我也非常努力地希望成就一些事。未来，我希望能加快推动超导型自由电子激光装置（包括极紫外和软X射线区域）的建设，因为我从心底里认为新一代自由电子激光光源的建设在推动我国关键科学技术的发展上意义重大。也许再过10年，我也没有那么大的精力来做科研了。因此，我特别希望在余下的10多年里，能够做一些更有意义的科学和技术研发工作。
