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震惊:一位聋哑博士与他开创的物理化学领域 精选

已有 22456 次阅读 2013-1-23 15:54 |个人分类:大学教育|系统分类:人物纪事|关键词:物理,氢原子,激光,分子| 物理, 激光, 分子, 氢原子

  

在中国文化土壤上,

即使连续产生了数位物理学诺贝尔奖之后,

也难以产生一位先天聋哑理学博士!

---题记

 

 

一,Ingo Barth博士:德国第一位聋哑人化学博士

2009年,柏林自由大学出现了德国有史以来第一位聋哑人化学博士,他叫Ingo Barth,导师是Jörn ManzBarth 1976年出生于德国Leipzig,系第三代聋哑(a third-generation Deaf ).

个人主页如下:http://www.chemie.fu-berlin.de/~barth/

教育经历如下:

小学:Albert-Gutzmann School for the Deaf, Berlin-East (1983-1992)

中学:Rheinisch-Westfälische School for the Deaf, Essen (1992-1996)

本硕:Technische Universität Berlin, Physics (柏林工业大学物理系) (1996-2004)

博士:Freie Universität Berlin, Physical and Theoretical Chemistry (柏林自由大学,物理和理论化学方向) (2004-2009)summa cum laude。博士论文题目:

Quantum control of electron and nuclear circulations, ring currents, and induced magnetic fields in atoms, ions, and molecules by circularly polarized laser pulses,可自由下载。

现在柏林Max-Born-Institut任研究助理(2010--)

 

二,定态电子环流

长期以来,我们对氢原子定态的认识止于实空间的电子云,很少涉及定态电子流。而流密度其实更为深刻也更为物理。从实空间中的认识扩展到对流密度的认识,有点类似于力学中对粒子运动的描叙从实空间扩展到相空间,没有这个扩展,认识难以完备。参见下图。

为什么定态电子流更加深刻?

对于量子力学定态,没有更加基本层次上的运动居然会有电流!  定态电流不是由于电子流动所导致,却和经典的电流一样可以产生磁场。

为什么不是电子在流动?量子力学中的定态是个稳恒态,也就是在任何意义下都不随时间演化,任何试图在更加基本层次上的运动分析定态中的可能运动,例如Ballentine的量子力学统计解释,都不是正统量子力学范围内的事情。正统量子力学不容许进行这样的分析或者者经典类比,但是可以得到任何可能与实验检验的物理结果。

有鉴于此,量子力学界流行一种说法是:“Shut up and calculate!”。这种说法其实是对量子力学初学者的一个建议,根本不是说量子力学试图回避任何追问。不过在量子力学中,追问只能在量子力学概念框架内进行。不容许借助经典力学的概念体系、图像甚至分析方法。

一个有趣的问题是:不要以为经典图像总是不对。在能级比较高的情况,准经典计算常常有效。也就是说,使用准经典近似时,要注意适用范围。

(必须说明两点:1,土著喜欢任何物理学探索,甚至不排斥非正统的物理学研究。如果有人说他有一个很自洽的理论或者解释能同时说明氢原子的定态的空间分布和定态环流,特表示热烈祝贺。第二,土著没有能力判断说今天的量子力学的正统解释是否就是哥本哈根解释,也没有能力判断哥本哈根解释这个说法是否的确已经过时。)

 

三,Ingo Barth的发现

当然,很容易求出氢原子定态电子流。如上图所示。但是,这仅仅是理论物理问题。

理论物理问题和物理理论问题之间存在鸿沟。理论物理研究基础性和原理性问题。例如指出某个物理量或者物理规律在原理上是否可能存在。这当然需要突破。而物理理论,则研究在何种实际系统观测到相关效应的可能性。这常常非常困难。物理学大师,无一不是横跨理论物理和物理理论之间。例如爱因斯坦、狄拉克、费米、杨振宁等等。

Ingo Barth首先指出检测定态电子流方法。文章:

1Barth, J. Manz, Periodic Electron Circulation Induced by Circularly Polarized Laser Pulses: Quantum Model Simulations for Mg-porphyrin, Angew. Chem. Int. Ed. 45, 2962-2965 (2006);

2I. Barth, J. Manz, Y. Shigeta, K. Yagi, Unidirectional Electronic Ring Current Driven by a Few Cycle Circularly Polarized Laser Pulse: Quantum Model Simulations for Mg-Porphyrin, J. Am. Chem. Soc. 128, 7043-7049 (2006) 

3I. Barth, J. Manz, Electric ring currents in atomic orbitals and magnetic fields induced by short intense circularly polarized π laser pulses, Phys. Rev. A 75, 012510-1-9 (2007) 

在这些文章中,他发现了用飞秒圆偏振激光激发定态圆环电流。他选择的分子是镁卟啉,2012年,他预言的实验被美国加州大学的同行进行了进一步分析,认为完全可行。文章:

Justo J. Rodriguez and Shaul MukamelProbing Ring Currents in Mg-Porphyrins by PumpProbe SpectroscopyJ. Phys. Chem. A, 2012, 116 (46), pp 1109511100

镁卟啉分子和飞秒圆偏振激光激发镁卟啉分子中定态圆环电流的示意图见下:

Ingo Barth的发现已经获得了数项荣誉,含:

2009:

Carl-Ramsauer-Prize

2010:

Wilhelm-Ostwald-Prize for Young Scientists

2012:

Young Researcher of the Year 2012

2010Wilhelm-Ostwald-Prize获奖原因之一是:

Barth's thesis has already initiated new directions of research in organic chemistry, physical chemistry, and experimental physics.

也就是,Barth开创了生物化学,物理化学和实验物理学的一个新的研究方向。

 

四,祝福

由于聋哑,他的母语不是德语、也不是英语,而是德国手势语言,参照下图。

照片取自http://www.academics.de/wissenschaft/galerie_53509.html

在求学的过程中,他不但使用手势语言,而且也发展和丰富了这个语言。目前,除了研究之外,他居然还致力于建立欧洲聋哑人大学(European Deaf University).

     祝福他!希望他的大学早日建成。

 希望在中国早日产生第一位聋哑人理学博士。

——————

所有图片均取自网络,没有任何商业用途。

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院士级专家点评Ingo Barth博士的研究成果

(一字未改,可能有网络通假字)

专家1:他的研究在现有的单经典理论框架下应该不是很复杂,基本的现象在激光与单原子或简单分子的作用应该已经建立,所以原创性应该不那么高。

问题不是能不能做,只是不知道他怎么讲课和教书。

专家2:他的工作的确有一定的意义,但是我个人感觉没有那么大,对不起,这里实话实说,用了纯学术讨论的风格。他的论文在化学领域就是高引用杂志,来到物理就是pra。他的荣誉来自认真的工作,一定有很体因素带来的效应,就像霍金。

现在的一个研究方向是分子电流,就是分子导线问题,或者说电荷传输,大多数人用线性分子,这位就在这个方向上,用了环形的。我还没有感觉到神奇,请给我时间再阅读和细想。



http://blog.sciencenet.cn/blog-3377-655785.html

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