超导微观理论创立者Leon Cooper
2013-04-29
“我妻子来接我,她就坐在那里,脸上带着微笑。”我问,“你在笑什么?”她说,“刚刚瑞典电台给你打了个电话。”
这就是库珀被告知获得诺贝尔物理学奖时的场景。库珀说,他在10岁或者11岁的时候就开始对科学感兴趣了。“以前我经常玩摄影,或是与化学药品为伴,”他解释说。“我的父母都对我抱有一种怀疑的态度,因为我经常把东西搞得一团糟。”
最终,库珀将他的那堆“乱七八糟的东西”搬到了纽约市布朗克斯科学高中的实验室。“我们有一个非常非常棒的实验室,”他说,“我非常喜欢那个管理实验室的女人。我总是在下课后就冲进实验室,她每天都会在5点或者5点半的时候把我赶出去。”
库珀就是在布朗克斯科学实验室完成了参加科学人才选拔赛的设计项目。“我设计这个项目的想法是,如果我将一代又一代的细菌不断暴露于青霉素,是不是可以使它们产生对青霉素的耐药性?”库珀说。“我认为,实际上我成功地做到了这一点。之后,我还想接着研究它们是如何变得具有耐药性的。我没有完成这个目标,但是我认为从那时起,人们对这个课题进行了非常广泛的研究,从而确定微生物持续暴露于抗生素所带来的长期影响。”
库珀的参赛项目为他赢得了1947年科学人才选拔赛决赛中的一席。他说,成功入围决赛“是他生命中可以想象到的最戏剧性的变化。在那个时候,要想进入一所真正优秀的大学是非常困难的。我不能离开纽约,因为我没有钱。就是因为这个科学大赛才使我进入了哥伦比亚大学。”
库珀在哥伦比亚大学期间获得了物理学硕士和博士学位。当时年仅20多岁的库珀,与约翰·巴丁(John Bardeen)和约翰·施里弗(John Schrieffer)共同发表了一个理论,之后所有的理论超导研究都是在这个理论的基础上完成的。对于这项卓越的贡献,他们3人共同被授予诺贝尔物理学奖。
库珀现在是托马斯·约翰·沃森(Thomas J. Watson Sr.)学院科学教授,大脑科学项目主任,以及布朗大学大脑及神经系统研究所主任。他的研究活动主要围绕神经网络系统,学习与记忆存储的生理基础等。
他曾经与人合作创办了Nestor公司并担任联合主席,这是一家将神经网络系统应用于商业和军事用途的公司。1999年,他又与人合办了Nemogen公司,这是一家生物技术公司,致力于开发辅助巩固记忆力的药物。“巩固记忆的过程就是将我们的短期记忆变成长期记忆的过程。”库珀解释说,“但是,并不是将我们所有的短期记忆都变成长期记忆,我们觉得这个过程主要是依赖于我们大脑中所谓的‘调节信号。对于那些是什么样的信号,我们已经有了一个相对深刻的理解。在这种理解认识的帮助下,我们正在开发能够干预和扭转由于年龄所带来的记忆力减退或轻度认知障碍的方法。”
除了科学,库珀还有很多其他的兴趣爱好,包括阅读经典书籍和烹饪。“在我们家,”他说,“我才是负责酱汁的人。”他热爱音乐,特别是歌剧,但是他不会表演,一点都不会,“我从生下来就被设计成一个听众或者是只会哼曲儿的人。”对我来说真的只是一个工具而已。
芒福德在新罕布什尔州的埃克塞特(Exeter)市菲利普斯·埃克塞特学院读高中。“埃克塞特学院有一个非常棒的科学项目,我的老师们也都非常了不起。他们真的给了我很多鼓励和帮助,”他回忆说。当芒福德在埃克塞特学院学习的时候,他设计的一个项目为他赢得了400美元并使他成功入围1953年科学人才选拔赛决赛。他是这样描述自己的设计的:“出于某种原因,埃克塞特学院有一大堆‘二战时期遗留下的继电器。我曾经听一个人说可以制作自己的计算机,这让我想到也许我能用这些继电器做一台计算机呢!”我用螺丝把它们拧成4×8英寸大小的夹板,然后测试这台计算机是否能乘2位数。我遇到的最大困难就是当电流通过时,这些继电器仅仅闭合电路,而我需要它们‘打开或者‘断开电路。我想用尖嘴钳把继电器上的触点向后扳。可惜的是,继电器中的金属有记忆性,触点会回弹。我的自制电脑工作很不稳定,最终由于我用来编程的纸带遇火星起火而被引爆了。当我去华盛顿特区参加科学人才选拔赛的时候,我想有一件事是比较明确的,那就是我在理论方面比实践强得多。
芒福德从埃克塞特学院毕业后就进入哈佛大学学习,特别是在数学教授乔治·麦基(George Mackey)的启发之下,他最终决定主修数学。他在哈佛大学获得了博士学位,并成为哈佛大学数学系教授。在接下来的几十年中,他致力于理论数学的研究,特别是代数几何。由于在这个领域所作出的杰出贡献,他在1974年被授予菲尔兹奖,这个大奖通常被称为“数学界的诺贝尔奖”。
在20世纪80年代的时候,他说,“我爱上了应用数学。从那时起,我就一直致力于研究存在于计算机和自然视觉中的计算问题。大概是在我转换领域的时候,我读了一本书,书中提出的想法具有一定的理论水平,帮助我们了解如何将视觉应用于工程用途——例如,一台计算机可以通过一台摄像机计算出房间里一共有多少人——这与生物系统中的视觉应该是相同的。也就是说,我们的想法是研究将生物系统的工作方式应用到工程系统中,反之亦然。这个想法适用于很多领域,例如语音识别及语言,以及构建机器人等。”
芒福德目光很远大,他认为如果能够更好地理解视觉,就可以发展更多应用程序。“例如,”他说,“在未来的10年中,有一项应用很可能会实现,那就是我们将会拥有无人驾驶机动车的先进系统。我们的车上会有一个摄像头观察外面的路况,还有一台电脑用来识别车前方的车辆是否在加速或减速,道路是否有转弯,或者车前方是否有障碍物。还有一项应用是我的前同事与我以前的一个学生共同研究开发的设备,这个设计能够搜索并将标志上的字读出来。举例来说,如果一位盲人能够使用这样的设备,那么当他在经过街角的时候,这个设备就可以帮他搜索街道标志、店名等。”
经过多年在数学领域作出的卓越贡献,芒福德在1987年获得了著名的麦克阿瑟奖学金。1966年,芒福德离开哈佛大学,进入了布朗大学,现在他已经是布朗大学应用数学系的教授。回首当年在哈佛大学和现在布朗大学的职业生涯,芒福德像哲学家一样向我们述说了他眼中的科学与数学现状。首先,他感叹到:“大多数美国人民懂得的科学知识很少。对于大概三分之二的受教育人口来说,科学就仅仅是黑魔法,他们觉得没有必要去学习。但是对于其他国家来说却不是这样,例如中国,最近我有很多学生都是来自中国的。我觉得缺乏对科学和数学的理解,最终将会危害我们的社会。”
其次,芒福德注意到,相对于学术界来说,越来越高比例的学生选择进入产业界,而不是学术界。他说,当一个人在作出职业选择的时候,应当深思一件事,那就是学术界与产业界之间的时间跨度问题。“在学术界,”他解释说,“你是用一生的时间来衡量你是否成功。你研究某样东西,而你知道这要花费很多年——在学术环境里,这种用比较长时间完成一个工作的时间尺度是可以接受的。这种情况在商界来说是根本不可能的,从事商业你就不得不担心底线。而真正的科学进步通常进展得都比较缓慢。”