朱棣文

朱棣文在诺贝尔自传里给自己的定位是：一个学霸家族里的「学术败家子」。他后来做成的几件事——把原子冷到开尔文的万分之几、用光夹住单个 DNA 分子、当美国能源部长——没有一件是按家里期待的路径走出来的。

家族里的「败家子」

父亲 1943 年到麻省理工学院读化学工程，母亲两年后也来美国读经济。那一辈人本打算学成回国，可中国的局势让回去的可能越来越渺茫，他们便在美国安了家。朱棣文 1948 年生在圣路易斯，是三兄弟中的老二。

用他自己的话说，这个家里「教育不只是被重视，它就是我们存在的理由」。几乎所有叔伯阿姨都有理工科博士学位；到他这一辈，两兄弟加四个表亲一共拿了三个医学博士、四个哲学博士和一个法学学位。哥哥创下了高中累计平均分的纪录，弟弟连高中文凭都没拿就进了大学，二十一岁读完博士又去哈佛读法律。夹在中间的朱棣文成绩「明显平庸」，申请常春藤全被拒，去了罗切斯特大学。他安慰自己：至少那里没人听说过他的兄弟和表亲。

他真正着迷的是动手。幼儿园后迷上塑料飞机模型，四年级玩金属拼装玩具，客厅地毯上常年摊着几百根小钢梁和螺丝，母亲容许一个装置搭好几天不拆；后来和朋友用午饭钱造土火箭。高中最后一学期，物理老师鼓励他搭了一个物理摆来「精确」测量重力加速度。

被费曼留在物理里

大一的物理课用的是《费曼物理学讲义》。他说，要不是这套讲义，大二那年他几乎肯定会离开物理去读数学。他本想做理论物理，心中的英雄从牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦一直排到费曼、盖尔曼、杨振宁和李政道，还特意申请了杨振宁所在的石溪。

1970 年他进了伯克利。导师康明斯给了他一个原恒星形成的理论题目，他拖了两个月没碰，一直在实验室里「玩」：有一次他发现小提琴家快速演奏时的走音也能被听出来，粗算一下似乎违反了频率与时长的不确定关系，就用音频振荡器做了个实验，找同学们来辨认短促音符的频率。到这时，连他自己都看出来，他适合做实验。

他的博士课题是用台式激光实验在原子铊里找宇称不守恒——电弱统一理论的预言。导师不懂激光，他夸下海口说自己来造，很快就能跑起来。温伯格每隔几个月就给导师打电话问有没有结果，理论家杰克逊在游泳池碰见他，眯着眼问：「有数了吗？」言下之意是还有要紧事没做完，怎么敢来游泳。结果他们还是晚了一步：1978 年斯坦福直线加速器的电子散射实验先给出了弱中性流的确凿证据。

贝尔实验室的随机游走

1978 年伯克利给了他助理教授的职位，还允许他先请假出去见识一番。他去了贝尔实验室，从此再没回伯克利。部门主管让他头半年只管泡图书馆、找人聊天，一年后又在考核时敦促他别满足于做「好的科学」，要去「开创一个新领域」。他回答：非常乐意，但能不能先给点提示是哪个领域。

他先选了一个公认做不成的题目：测电子偶素的能级。电子偶素是电子和正电子组成的「原子」，一亿四千万分之一秒内就湮灭，当时已经有 12 篇论文报告了失败。管理层认为他在毁掉自己的前途，两年没结果后强烈建议他放弃。他和正电子专家米尔斯坚持下来，1982 年在每个激光脉冲只有大约 4 个原子的情况下看到了信号，后来做成了当时对原子体系量子电动力学修正最精确的测量之一。

1983 年秋，他调到霍姆德尔分部当部门主任。办公室隔壁的阿什金有个梦想——用光抓住原子，但那项工作几年前就被管理层叫停了，他不断把自己的旧论文塞给这个越听越认真的新邻居。朱棣文很快想明白：要用光抓住原子，得先让它冷下来。他扔下手头的电子能谱仪计划，和新来的博士后霍尔伯格、技术员凯布尔一头扎进激光冷却。

那一锅糖浆

1984 年早春，他们从一张空光学平台开始，不到一年就交出了光学黏团的论文。他取「一月里的糖浆」之意给它起了名字。达到黏团后过了整整一个星期，他们才想起来不用光电倍增管、直接用眼睛往真空罐里看——一团发光的原子悬在六束激光交汇处。

第一次测温得到 185 微开，比多普勒冷却理论允许的最低温度还低一点。他们加了一个修正因子，把结果凑回了理论值。三年后，国家标准局的菲利普斯组测出 40 微开，证明理论下限根本不是下限。朱棣文在诺贝尔演讲里把这件事原原本本写了出来，并承认在那几年大家忘了去检验光学黏团最基本的性质，「而我是最该负责的那个」。

接着是光阱。他起初否决了单束聚焦光阱的方案，因为算下来能抓住的原子不到一个；一两天后他意识到，在黏团里随机游走的原子会一次又一次路过光阱，有很多机会掉进去。光阱真的成了：肉眼能看到一个小亮点越来越亮。他在走廊里跑来跑去，把人拉进实验室看。阿什金那几天恰好得了流感，后来坦白说，躺在床上发烧时一度怀疑光阱是不是自己烧糊涂了想象出来的。为了拍下这个亮点，一位 RCA 的销售代表借给他们一台微光摄像机，论文里那张照片成了《物理评论快报》发表的第一张彩色照片。

为了先验证原理，阿什金用同一束聚焦激光夹住了水里的玻璃微球。「那时我们谁也没意识到这个玩具实验会开出什么花来」——它就是光镊，阿什金 2018 年因此获诺贝尔奖。

斯坦福：「很快就好」的小实验

1987 年他去了斯坦福，接替去德国的亨施。他承认，要是仔细掂量过要从头组建团队、面对菲利普斯和科恩-塔诺季那样的强组，他大概不会动身；但从 1988 到 1993 年，成了他科研上最高产的几年。

他习惯给学生布置「quickie」——保证只花几个星期的小岔路。第一个是用冷原子做原子喷泉：把原子向上抛，上升和下落时各照一次微波，间隔 0.25 秒，谱线宽只有 2 赫兹。1950 年代扎卡赖亚斯想用热原子做同样的事，慢原子总被后面的快原子撞散，没做成。随后是原子干涉仪和冷却到光子反冲以下的拉曼冷却。1999 年，他的组用下落的冷原子测重力加速度，精度到十亿分之几——他高中那个物理摆的精致版。

他还把光镊带进了生物学。一位医学院的博士生晚上教他分子生物学；1990 年，他们已经能在显微镜下一边看、一边拉直单个荧光标记的 DNA 分子。后来他的组发现，初始状态完全相同的分子，会沿几条不同的路径弛豫到新的平衡——他称之为「分子个体主义」，此前的高分子动力学理论和模拟都没有预料到。

从实验室到内阁

2000 年以后，他把越来越多的精力放到能源和气候问题上。2004 年起主持劳伦斯伯克利国家实验室，2009 年 1 月出任奥巴马政府的能源部长，任内启动了先进能源研究计划局（ARPA-E）等项目，2010 年墨西哥湾漏油事件中被派去协助封堵油井。2013 年卸任后回到斯坦福，研究锂电池、空气过滤和用于生物成像的纳米颗粒。

他在自传里引斯坦福同事格巴勒的话，解释自己为什么离开「几乎完美」的贝尔实验室：学生刚来时相信教科书是权威，慢慢发现教科书和教授并不是什么都知道，于是开始自己思考——「然后，我开始向他们学习。」