诺贝尔物理学奖：光影传奇

本文见《财经》杂志 2009年第21期 出版日期2009年10月12日

《财经》记者 李虎军 驻香港记者 王端

“光纤之父”高锟与夫人黄美芸结婚整整50年了。正值金婚的这对伉俪，目前在美国加州——一个离儿女不远的地方，享受着属于自己的生活。

　　这样的节奏，却在不经意中被打破了——北京时间10月6日下午6时多，黄美芸接到了香港中文大学副校长杨纲凯打来的祝贺电话。

　　几十分钟前，2009年诺贝尔物理学奖揭晓，高锟与美国贝尔实验室的威拉德·博伊尔（Willard Boyle）、乔治·史密斯（George Smith）共获殊荣。高锟的获奖成果，是在英国标准电讯实验室完成的；后来，他在香港中文大学做过九年校长（1987年至1996年），直至退休。

　　考虑到已是当地深夜，加上75岁的丈夫身体状况并不太稳定，有时清楚、有时又连完整的句子也讲不出来，黄美芸没有让丈夫亲自接听电话。

　　后来，当她告诉丈夫，广播电视里正在讲诺贝尔奖，“这是一个声望很高的奖励。”

　　高锟简单地回应：“是的。”

　　黄美芸说：“给你的。”

　　高锟：“给我的？太好了。”

　　由于在光纤通信领域的开创性成就，高锟将获得约140万美元奖金的一半；博伊尔和史密斯发明了用于数字图像技术的CCD传感器，将各获四分之一的奖金。

　　三位科学家40年前的研究，帮助构建了当下的信息时代，也为自己赢得了诺贝尔奖。

高锟与低损耗光纤

　　曾与高锟共事四载的香港中文大学电子工程系教授徐孔达告诉《财经》记者，高锟似乎总是有很多奇奇怪怪的前卫思想，而且极富远见。

　　20世纪60年代初，激光器的发明给光通信研究带来了新的希望——激光束不仅具有亮度高等优点，还可以在光纤中传播。

　　但由于缺乏稳定、可靠和低损耗的传输介质，光通信似乎仍是一个遥不可及的目标，因为光信号在当时的光纤材料中只能传输20米。

　　当时，高锟是国际电话电报公司旗下英国标准电讯实验室的一名研究人员。他1933年11月出生在上海的一个书香门第，孩提时代的他就喜欢科学实验，甚至自制过小型炸药弹丸。

　　后来，高锟随家人迁居香港，曾在香港圣约瑟书院就读；1954年，他远赴英伦，在伦敦大学攻读电机工程。

　　与不少同行因此对光纤传输的技术前景产生怀疑不同，高锟研究团队认为更值得关注的，是光纤原材料问题。

　　他后来回忆道：“那时面对的最大难题，就是玻璃的杂质问题。玻璃看似透明，其实杂有不纯的元素；所以我们构想，假若有一种没有杂质的玻璃，光波的传导就不会衰减。”

　　1966年6月，高锟与同事乔治·霍肯（George Hockham）在《电气电子工程师学会学报》上发表题为“用于光频的光纤表面波导”的论文指出，提纯原材料后可制造出适合长距离通信使用的低损耗光纤：在纯的玻璃纤维中，光信号可传输100公里以上。

　　这一研究奠定了光纤通信的基础。这一年，他年仅32岁。1970年，美国康宁公司研制出第一种超纯光纤；1975年，英国安装了世界上第一套光纤通信系统。

　　北京邮电大学前校长林金桐对《财经》记者说：“从高锟和霍肯的论文，到世界上第一个商用光纤通信系统的诞生，仅用了十年时间，这在重大科学研究成果向现实生产力转化的众多案例中，显得格外突出。”

　　诺贝尔奖评委会在新闻公报中表示，这些低损耗的玻璃纤维推动了因特网等宽带通信的发展，光在这些玻璃纤维中流动，文本、音乐、图像和视频可在瞬间进行全球传输，“如果我们拆开密布全球的玻璃纤维，将得到一条10亿公里以上的长线，足够环绕地球2.5万多圈。”

　　香港中文大学前任校长金耀基甚至将高锟研究成果的重要性，与印刷术、火药、指南针等中国古代发明相提并论，“今天生活在网络社会，就是因为光纤的发明改变了我们的生活。”

贝尔实验室和CCD

　　在现代的高速网络通信中，数字图像是最主要的承载内容，而这很大程度上要归功于本年度诺贝尔物理学奖的另一项获奖内容——美国朗讯公司贝尔实验室的威拉德·博伊尔和乔治·史密斯发明的用于数字图像的装置：电荷耦合器件（Charge Coupled Device，CCD）。

　　博伊尔1924年出生于加拿大，26岁时在加拿大麦基尔大学获得博士学位。他在1953年加入贝尔实验室，并在1962年与同事首先发明了可以连续运行的红宝石激光器。

　　史密斯1930年出生于美国，29岁时在美国芝加哥大学获得博士学位后也进入贝尔实验室。

　　1969年10月的一天，史密斯走进同在贝尔实验室半导体研究部门工作的博伊尔的办公室，两人进行了一场“头脑风暴”。在不到两个小时的时间里，博伊尔和史密斯在黑板上大致勾绘出一种新装置的蓝图，两人将其命名为电荷耦合器件。

　　这种新技术的源头，还要追溯到爱因斯坦提出的光电效应，即通过光电效应，光可以被转变为电信号。然而，如何在极短时间内收集并读出信号，看上去却是一个无法逾越的技术挑战。因此，一开始，很多同行都对CCD的概念嗤之以鼻。

　　但博伊尔和史密斯坚信自己的想法，并成功地将蓝图变成了现实。他们采用特殊的硅半导体材料，并将硅片细分为一个个“单元格”或者说“像素”，这样，当光照射到像素之上，会产生信号电荷。当时，很多电子器件以电流或电压作为信号，CCD则采用电荷作为信号。

　　信号电荷不仅可以在CCD内存贮，还可以穿越一排排的“像素”，在电极与电极之间快速传输（电荷耦合），并最终被读出。

　　CCD的发明，带来了摄影的一场革命。光能够被电子化捕捉，而不再需要传统的感光胶卷，数码相机也得以走进千家万户。

　　此外，在医学等诸多领域，CCD技术均有广泛应用，数字摄影已经成为不可取代的工具。诺贝尔奖评委会在新闻公报中称，从遥远的宇宙到海洋深处，即使是先前一些无法看到的事物，“CCD技术都能为我们提供水晶般清晰的图像”。

潮平岸阔

　　10月7日下午，香港中文大学专门为高锟举行庆祝会。1957年诺贝尔物理学奖得主杨振宁、2000年图灵奖得主姚期智等著名科学家均到场，对高锟表示祝贺。

　　美中不足的是，因为身体状况欠佳，高锟本人没有出现在庆祝会现场。香港中文大学前任校长金耀基略带遗憾地说，如果早一年得奖，他的身体情况会比现在好。不过，他对《财经》记者透露，两个月后，高锟应该会亲自去瑞典领奖。

　　诺贝尔奖向来重视基础研究成果。杨振宁认为，给高锟颁奖，说明诺贝尔奖评委会近来对应用研究已越来越重视。

　　林金桐也说：“如果说，2000年诺贝尔物理学奖授予杰克·基尔比，表彰他对集成电路的杰出贡献，标志这一奖项开始鼓励以物理学为基础的重大技术突破，那么，当时我想，接下来的一个获奖人应该会是高锟博士。”

　　之前，高锟早已荣誉等身。金耀基半开玩笑地说，高锟在校长任内时，他经常被拉去做“替补校长”，因为高锟总是忙于接受各种荣誉，其中就包括中国台湾的“中央研究院”院士、中国大陆的科学院外籍院士等荣誉。

　　在金耀基看来，高锟同杨振宁一样，绝对是“中西合璧”，“但西方元素更多一些，他中文讲得不错，英文讲得更好。”

　　同时具有英国和美国国籍的高锟，却念念不忘故土。早在1970年，他就出任香港中文大学电子系的创系主任，并于后来担任了香港中文大学第三任校长。金耀基说,高锟追求卓越，他没有关起门来，而是把大学放在整个世界的视野里，“这也让我们知道什么叫第一流大学”。此外，高锟还多次应邀到中国内地讲学。

　　从香港中文大学校长一职卸任后，高锟投身实业，一手创建了香港高科桥公司，并担任几家公司的独立董事。

　　高锟与妻子黄美芸膝下的一双儿女，均在IT业发展。2005年，香港三联书店出版了高锟自传《潮平岸阔——高锟自述》。在这本书中，高锟首先讲述的就是他与妻子相遇相知的故事。

　　而“潮平岸阔”，大概可以同时用来形容光纤通信和数字图像技术的发展，以及三位诺贝尔物理学奖得主科研生涯的写照。■

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