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【人民画报】谢家麟院士:物理学家的“加速”梦
        

推开门,这位91岁的物理学家正坐在自家客厅的沙发上,盈盈地笑着。半个多世纪以来,谢家麟的名字和一系列粒子加速器的顶尖技术连在一起:他曾成功研制世界上第一台以高能量电子束治疗肿瘤的医用加速器、中国第一台高能电子直线加速器、中国第一台对撞机北京正负电子对撞机、亚洲第一台产生远红外自由电子激光的北京自由电子激光装置,以及新型电子直线加速器等多项站在世界前沿的项目。其中,有两项是世界首创,另三项填补了国内重要空白。

回顾走过的路,谢家麟说,母校燕京大学的校训是“因真理、得自由、以服务”,当年体会不深,如今70多年过去,才逐渐理解它的内涵。这几个字就像一个“加速器”,自己的人生有意或无意中正是按这几个字描绘的轨迹行进。

动荡岁月,痴迷物理

“由这事可见,做实际工作,科学救国,而鄙薄权位的人生理想从那里已牢牢地树立在我的头脑了。”

谢家麟童年寄居在没有子嗣的伯父家,在老家河北武清县长大。他从小就喜欢动手拆装各种装置,曾偷偷用家里电灯中磁砣的铅砂、爆竹店买来的黑色火药、剥下来的火柴头和旧弹壳成功自制子弹,“射程可能不如进口的原装子弹,效果却没有什么区别”。

中毕业后,他回到父母身边。父亲曾是哈尔滨有名的律师,后迁居北平。不错的家境使谢家麟得以进入当时北平有名的汇文中学。他回忆说,自己那时成绩普通,除喜欢物理课外,业余时间都沉溺在摆弄无线电,从矿石机到单管机、双管机,从低频到高频,在提高收音机性能的过程中获得极大满足。1937年,卢沟桥事变后,他自制的收音机成为全家了解战事的唯一渠道。高三时,他“临时抱佛脚”,突击备考,1938年以名列前茅的成绩被保送到燕京大学物理系。

据后来成为他爱人的大学同班同学范绪篯说,谢家麟痴迷于无线电,在大学同学中就以实验和动手能力强而著称。同时,由于父亲在诗词书法等方面颇有造诣,曾与李大钊是同学,与张伯驹等人参加同一诗社,受父亲的影响,谢家麟对文学也颇为爱好,曾在当时的北平晨报副刊发表文章,还在选修文学院课程时获得国学大师郑因伯的赞赏,郑还说可惜他不是中文系的学生。

1941年太平洋战争爆发后,燕大即被日军控制。按当时国民政府教育部的规定,凡沦陷区的学生,可到任意一个国立大学“借读”。离开燕大的谢家麟先在武汉大学读了半年,后回到在成都复校的燕大。毕业后,谢家麟与范绪篯一起到中央无线电器材厂研究室工作,不久后结婚。兵荒马乱的年月,他们一起随厂辗转于桂林、贵阳、昆明等地,但是对工作的投入仍然“到了痴心的程度”,旅行结婚时随身带的行李中半箱是研制高温真空电炉用的滑石。关于这段岁月,有谢家麟当年写下的诗为证:“一心烧炼人笑痴,满箱密件是顽石。春风蜜月谁为伍,火炭风箱度乱时。”

在此期间,谢家麟成功研制了一种新原理的地雷探测器。由此引来当时厂内国民党党部负责人邀请他加入国民党,并说如果不入党未来难以被提拔到领导岗位。谢家麟当场回绝。多年后,他在自传中写道:“由这事可见,做实际工作,科学救国,而鄙薄权位的人生理想从那里已牢牢地树立在我的头脑了。”

留学美国,归国受阻

1955年初,谢家麟接到美国移民局来信,要他在做永久居民和限期离境之间做出决定。他毫不犹豫选择了离境,选择了回国!

“二战”结束后,怀抱着科技救国的理想,谢家麟通过教育部举办的留美考试,获得用官价外汇(约为市场美汇的1/20)出国学习的机会。1947年8月,他登上前往美国的轮船,此时,大儿子亚宁刚出生四个月。但他完全没想到,与妻儿这一别竟是八年。

谢家麟申请的是加州理工大学,因为在国内听说这是所名校,尤其物理系就有两位诺贝尔奖得主坐镇。他用了九个月时间以优秀的成绩获得硕士学位。但是,他逐渐得知,加州理工大学偏重物理基础研究,而他最感兴趣的偏实际应用的微波物理技术,却是斯坦福大学独占鳌头。于是,谢家麟找到时任加州理工大学校长、曾获诺贝尔奖的密立根教授,想请他写转学推荐信。因谢家麟选修过他的课且成绩出色,密立根教授很高兴地接受了,并在信中称谢家麟是他教过的仅次于袁家骝(两获美国科技大奖的世界著名物理学家)的优秀中国学生。谢家麟很快收到了斯坦福大学接纳他的回信。

对此,谢家麟感慨地说,从中得到两点启发:一是允许转系、转科、转学对人才成长十分重要,因为学生很难从求学一开始就十分明确自己将要终身努力的领域和目标。二是,不同大学不应重复雷同建设,一个大学办得是否成功,主要取决于在特定的学术领域能否占据世界的前沿地位。

在斯坦福大学物理系攻读博士期间,谢家麟崭露出过人的才华。斯坦福大学物理系要求博士研究生每年参加包括笔试和口试的综合考试,名列前茅才能开始做博士论文,因考试难度大,考试日被称为“地狱日”。谢家麟第一年考试排名第四,第二、第三年都考了第一名。博士论文答辩时,包括诺贝尔奖得主布洛赫教授在内的答辩小组提出了许多问题,谢家麟出乎意料地解决了一些连教授们也认为是难题的问题,很快就被告知顺利通过。

1951年9月20日,谢家麟终于踏上日思夜想的归国的轮船。他急切地想见到阔别多年的妻儿,想用学到的本领为祖国做贡献,还在时任中科院秘书长钱三强的支持下,采购了一批建立微波实验室所需的器材。然而,轮船行至美国夏威夷州首府檀香山时,几名联邦调查局(FBI)工作人员带着一份名单来到船上,将包括谢家麟在内的八名留学生带回美国,理由是根据美国1918年的一项立法,美国政府有权禁止交战国学习科技专业的学生离境。下船后,谢家麟气愤地给白宫打了一个电话表示抗议,但他也深知,“显然这只是幼稚地浪费电话费而已”。

回到美国,谢家麟在俄勒冈州立大学执教了一年后,回到斯坦福大学的微波与物理实验室,担任助教。半年后,他被实验室派到芝加哥一家医学中心,独立负责研制一台当时世界上能量最高的医用加速器,用它产生的高能电子束来治疗癌症。他登报招聘到一个退伍的雷达老兵作助理,带着一位50多岁的机械工程师,经过两年多的日夜忙碌,在完全无例可循的情况下,克服了一个个技术难题,终于研制成功世界上第一台使用高能电子束治癌的装置,成为当时芝加哥的大新闻,在美国物理界产生轰动。

恰巧在这时,由于周恩来总理在1954年的日内瓦会议上,与美国国务卿杜拉斯交涉了美国扣留中国学生的问题,所以,1955年初,谢家麟接到美国移民局来信,要他在做永久居民和限期离境之间做出决定。他毫不犹豫选择了离境,选择了回国!

要吃馒头,先种麦子

“中国过去太落后了,我们要争一口气,发达国家能做的,我们也能做。虽然我们条件不如他们,但是能力未必比他们差。”

回国后,谢家麟开始重新认识和适应离开八年后的新中国。在与家人团聚的喜悦中,谢家麟迅速投身到国家的科技建设。他一边在中科院原子能所工作,同时在清华大学和中科院电子学研究所兼职。

建国初期,百废待兴。当时,他所面临的状况是,如何“在极端落后的条件下,研制世界上最先进的前沿科技装置”。他的第一个目标是建造一台可向高能发展的电子直线加速器。

当时,国内几乎没有人了解加速器,相关器材也是一穷二白。但谢家麟相信,凭借自己从小动手搞无线电和在美国研究当时世界上能量最高的医用加速器的经验,“赤心空拳也能干起来”。他说:“中国过去太落后了,我们要争一口气,发达国家能做的,我们也能做。虽然我们条件不如他们,但是能力未必比他们差。”

于是,从自行研制各种微波元器件开始,谢家麟带着一批学生从零开始建造微波实验室、调制器实验室,他将其形象比喻为“要吃馒头,先种麦子”。在谢家麟的带领下,这支队伍先后成功研制国内第一台电子回旋加速器、脉冲功率最大的速调管,均获全国科学大会奖。他还领导国防科技课题,成功研制引爆原子弹的中子管。

谢家麟还致力于人才培养,他的许多学生在中国物理的发展中都发挥了重要作用。有时,看到他在指导学生论文时做了大量工作,学术秘书把谢家麟的名字也放在作者之列。但是,谢家麟坚决要求把自己的名字划去。他说:“对学术界‘搭便车’的陋习,我是十分反对的。”

经过八年奋斗,中国最早的一台可向高能发展的电子直线加速器,终于在1964年研制成功,并为国防建设做出了直接的贡献。

1972年,发生了一件在中国科学界影响深远的事,由著名物理学家张文裕牵头,包括谢家麟在内的18位科学家参与撰写了一份报告。次年初,在周恩来总理的指示下,中国科学院高能物理研究所成立,张文裕任首任所长。

为什么说此事影响深远?正如要想了解宇宙离不开哈勃太空望远镜一样,要想进一步了解微观世界的物质结构与运动规律,也离不开高能加速器。它就像是打开微观世界的钥匙,是基础理论物理和现代科技进一步发展的必要条件。能够开展高能物理实验研究,是中国物理学家们长期以来梦寐以求的理想。

“文革”结束后,中国科学家们更强烈感受到中国同发达国家之间的差距,提升科技水平的愿望更加迫切。1979年,邓小平率中国政府代表团访美,签订了中美科技合作协议,高能物理合作就是其中的一个子项。尽管当时中国还未解决吃饱穿暖的问题,但是,邓小平与党中央都认为,基础理论研究对科学发展非常重要,而基础理论研究需要依托实验平台,结论就是,中国需要发展高能加速器。

自此,作为中国研究加速器首屈一指的物理学家,已年过花甲的谢家麟开始频繁地往来于中美两国,全身心投入到北京正负电子对撞机(BEPC)工程的研制。正负电子对撞机是世界高能加速器的一次革命,是当时世界上最先进的科技,但是难度非常大,以至于有人说,以当时中国的薄弱基础要想建成BEPC,就好比站在铁路月台上,要想跳上一辆飞驰而来的特快列车。如果跳上了就飞驰向前,如果没有抓住,就会摔下来粉身碎骨。

然而,由谢家麟带领的团队,克服了一个个重大技术难关,最终跳上了飞驰的特快列车。1988年10月,北京正负电子对撞机实现对撞,被视为中国科技发展史中的一个有重要国际影响的里程碑。邓小平在参观建成的BEPC工程时说:“中国必须在世界高科技领域占有一席之地。”对于这项普通人不太懂的高精尖技术,媒体普遍的报道是:这是我国继原子弹、氢弹爆炸成功,人造卫星上天之后,在高科技领域取得的又一重大突破性成就。

谢家麟也写下诗篇表达自己的欣喜和豪情:“十年磨一剑,锋利不寻常。虽非干莫比,足以抑猖狂。”

1990年,北京正负电子对撞机工程获得“国家科学技术进步奖特等奖”,谢家麟作为这项工程的主要领导者和总设计师,在获奖人员中排名第一。

只有起点,没有终点

“我不但不后悔,而且感到非常庆幸,做了正确的选择,使我有机会施展自己所学的知识,为祖国建设服务。我留在美国工作只是‘锦上添花’,而回到祖国则是‘雪中送炭’。”

年逾古稀的谢家麟并未停下科研的脚步。近20年来,他又研制成功多种尖端技术的“混血儿”自由电子激光,使用创新的“前馈控制”方法提高了直线加速器的性能,在80岁高龄后还研制成功一种实用新型电子直线加速器,通过简化电子直线加速器的结构,既提高了性能,又降低了造价。

2007年,他感到“在人生旅途到站之前,有责任把自己的足迹记录下来”,给后来人“作为他们人生道路的参考,或许可以增添他们前进的信心和勇气”,于是躬身伏案写作,花了一年多时间,完成了自传《没有终点的旅程》,意为科学技术永在发展中,没有终点。

2011年,谢家麟指导的最后一个博士生毕业。至今,他仍然坚持每周一到中科院物理所上班。他和老伴范绪篯现在住在北京海淀黄庄一幢普通的居民楼里。当记者见到他们时,两位老人都身体硬朗,精神矍铄,怎么看都不像是耄耋之年的老人。询问长寿的秘诀,老伴说谢家麟很少运动,但是性格非常好,无论遇到什么事,从不着急上火。谢家麟也自称乐天派,还说自己是好父亲、好丈夫,说这话时神情像一个纯真烂漫的孩子谈到成功的秘诀,谢家麟说,自己就是一个普普通通的人,他相信“天生我材必有用”,认为任何人只要朝着一个方向不懈努力,一定都能取得一番成就。关键在于要有锲而不舍的精神,遇到困难时不放弃不自馁,要想办法克服和解决,当解决的困难多了,自己便会有更多的信心去解决更大的困难。

他还特别希望,未来有志于投身科技事业的年轻人,多注意“手脑并用”,因为在科技领域,理论与实验同等重要,缺一不可。

他总结自己的一生说,第一,他们那一代人,最大的愿望就是做一个对国家、对人民有用的人,从未考虑过自己要取得何等成就,成为什么人物,获得多少报酬。对于荣誉,他也看得很轻,一些重要的荣誉奖章或证书,他可能很随意地就不记得放在哪里了。第二,由于深受“德先生、赛先生”口号的影响,他一生“只顾埋首拉车,拙于人事交往”,当初担任BEPC工程经理,是“国家需要,勉为其难”,当在工程建设中有更合适的专家涌现时,他即提出辞呈,主动让贤。不过,或许也正是得益于“思想简单”,所以他的生活简单而快乐。

几十年来,时常有人问谢家麟,是否后悔当年回国的决定,因为如果留在美国,他也许可能获得更大的成就。他的回答永远是:“我不但不后悔,而且感到非常庆幸,做了正确的选择,使我有机会施展自己所学的知识,为祖国建设服务。我留在美国工作只是‘锦上添花’,而回到祖国则是‘雪中送炭’。”

正如谢家麟在1955年接受《人民画报》采访时说的一样,“祖国伟大的建设刚刚开始,展示在我们面前的是一幅非常美丽的画面,每一个人都有无限的前途。我决心把自己的全部技能贡献于祖国的和平建设事业。”五十多年来,谢家麟践行着他对祖国的承诺。

谢家麟  摄影:段葳/人民画报

1940年,物理系师生在燕京大学物理楼前合影。(前起二排右三为谢家麟,前排右四为范绪篯)

1950年,谢家麟(前排右)与美国斯坦福大学同事在1GeV电子直线加速器控制台前。

1955年,谢家麟(前)在美国芝加哥研制的医用电子直线加速器控制台前。

谢家麟调试自由电子激光装置

1984年,谢家麟向邓小平同志汇报北京正负电子对撞机(BEPC)设计方案。

1978年,谢家麟(右四)率高能加速器设计考察组访问美国费米国家实验室,升起中国国旗后合影留念。

《人民画报》1955年11期报道《回到了祖国的留美学生》版式

1979年,谢家麟(二排右三)参加第一次中美高能物理会谈。

1955年,归国留学生谢家麟与妻子范绪篯、大儿子谢亚宁在家中。摄影 谢泗春/人民画报

2011年12月,时隔56年,谢家麟再次接受本刊专访,与妻子范绪篯、大儿子谢亚宁在北京家中。 摄影 段崴/人民画报

(中国科学院高能物理研究所给予本报道大力支持,特此鸣谢!本文未署名图片由谢家麟提供)