朱棣文：应对全球气候变化的先锋战士

发布时间：12年05月05日

编译方陵生

作为一个物理学家，他发现了捕捉原子的方法，赢得了诺贝尔奖。如今，作为科学家和工程技术人员的领军人物，他正在着手令世界能源结构发生着巨大的改变。为此，《自然》杂志记者埃里克·汉德（Eric Hand）撰文讲述了美国能源部长、《自然》杂志2009年度科学新闻人物朱棣文（Steven Chu）传奇的人生历程。

朱棣文宣誓就任美国能源部长

致力于改变能源结构的部长

　　在去年10月的一个阳光明媚的日子里，一列车队来到了劳伦斯伯克利国家实验室（LBN）；礼堂内，225位朱棣文以前的同事正在热切地期待着他的到来。当身穿橙色背心的警卫人员打开车门后，朱棣文走入会场，人群瞬间安静了下来。在随从人员的陪同下，朱棣文走上了讲台。

　　“很高兴重新回到这里，”朱棣文说着打开电脑，一边放映他自己制作的幻灯片，一边就与全球气候变化有关的多个话题侃侃而谈。他指出，实际测得的全球温度上升超过了人们的预计。

　　作为美国能源部（USDOE）部长以及奥巴马内阁成员之一的朱棣文，是第一个在政府中位居高位的获得诺贝尔奖的科学家。他肩负着改变世界能源经济结构的重任，并以“游说者”的角色奔走于国会议员之间，与他们交流、解释着与气候变化有关的事实以及应对的计划。对于一些持怀疑态度者，他更是用事实和数据力争使他们相信。

　　面对如今世界上最紧迫的能源问题，朱棣文回顾了在LBNL的一些经历。LBNL的前身是辐射实验室，物理学家欧内斯特·劳伦斯（Ernest Lawrence）曾为“曼哈顿”计划解决了浓缩铀的难题；化学家格伦·西博格（Glenn Seaborg）在那里发现了钚；理论物理学家罗伯特·奥本海默（Robert Oppenheimer）在前往新墨西哥州制造第一个核弹之前也曾在那里工作过。

　　以寻找不对环境造成破坏的新能源开发途径是朱棣文应对气候变化的计划之一。他打算先从美国开始，在全国召集最优秀的人才，促使USDOE支持这一风险巨大、但可能回报也十分巨大的研究。USDOE下属的国家实验室有17个，每年预算为270亿美元。朱棣文到任后，预算增加到370亿美元，他首先将这笔资金用于可再生能源、核能、碳截存试验以及电网改造等项目，旨在解决气候变暖问题。

　　1980年代，朱棣文利用精确调谐的激光器成功捕获原子而成为科学界的知名人物；现在，他以同样的对细节的掌控能力，领导着一个更为庞大而复杂的机构：涉及能源与核能各个方面的拥有10万人员的USDOE。

　　朱棣文的科研才能和亲历亲为的风格在USDOE以及国家权力中心的政治漩涡中能否行得通？上任近一年的经历已证明，朱棣文很快适应并胜任了这一环境，获得了许多政治家的信任，建立起了自己的影响力――帮助弥合国际分歧，特别是美国与中国――吸引了来自产业界和大学的一些顶尖科学家加入到了他的科研追求中来。

朱棣文的科学家生涯与家庭

诺贝尔奖获得者朱棣文在呼吁（左），在LBNL工作期间，他总是骑自行车上下班（右），下图为朱棣文在贝尔实验室工作时的留影

　　朱棣文出身于一个学术之家，父母于二次大战期间从中国来到美国，就读于美国麻省理工学院，之后在大学任教。1950年代在纽约郊区长大的朱棣文和他的两个兄弟，学业成绩优秀，并经常一起观看电视智力竞赛游戏节目。朱棣文的弟弟朱钦文（Morgan Chu）回忆道，兄弟间的竞争是他们的家庭传统，“我们兄弟三人常常抢在电视上参赛选手之前将答案大声说出来。”

　　如今，朱棣文的哥哥朱筑文（Gilbert Chu）是斯坦福大学医学院教授，专长DNA研究；弟弟朱钦文是一家知名律师事务所的律师，都拥有博士学位。回顾自己的过去时，朱棣文说自己在家中“只能算是一只黑羊（没出息的小孩）”，这是他的感触之言。“我是家族中唯一只有一个学位的人，也是家里唯一没有考上哈佛、普林斯顿、麻省理工的人!”早年，家庭的压力令他沮丧，但同时也是一种鞭策力量。在罗切斯特，他的科学才能开始崭露头角，“突然之间，家人的期望对我来说变得十分自然，”他说。

　　1970年进入加州大学伯克利分校之后，朱棣文开始迷上了激光器的研究，“我从来没有像现在这样善于分配时间，”他说，“当什么东西真正让我感到兴奋时，我就会努力挤出时间来。”据一位同学回忆，当时他曾几乎要挥拳与朱棣文动手，因为朱“总是一个人专横地霸着激光器”，直到朱棣文在罗切斯特大学的另一位同学解释之后，他才作罢。“在他专注研究的时候，一向都是这样的。”这位同学回忆道。

　　在研究生期间，朱棣文发现了利用偏振光探测原子跃迁的方式，这一成就足以让他获得在新泽西贝尔实验室工作的机会。对于搞基础研究的人来说，那里是一个美好的“乌托邦”，朱棣文在那里如鱼得水，但同时也付出了巨大的心血。随着研究工作的进展，他在家里的时间越来越少，他的前妻有时不得不将朱棣文的第一个儿子杰弗里藏在她的大衣底下带进实验室，让他与父亲短暂相处。“一直以来，他首先是一位科学家，其次才是一位父亲，”朱的第二个儿子迈克尔说道。

　　到了1985年，在贝尔实验室待了7年的朱棣文对如何捕获原子已很有把握：他用6台激光器构成他所称的“光学糖浆”激光致冷装置，原子通过激光场就好像石子穿越糖浆一样，光子组成的粘性物质产生阻力，使原子减速接近停顿状态，其速度之慢足以使另一台激光器发出的电磁力予以捕捉。

　　一年后，即1986年的冬天，《物理评论快报》首次发表了朱棣文拍摄的捕捉到纳原子的彩色照片，成为他成功捕获原子的证明。之后，朱棣文取得的成就在多个学科获得应用，为生物学家提供了可操纵生物分子的“光学镊子”，如DNA等；为物理学家提供了研究工具，用来进行玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）实验――利用物质的超冷态捕获光，使光子陷入停顿状态。

　　从1987年起，朱棣文开始在哈佛大学和加州大学伯克利分校任教，并帮助斯坦福大学筹组了物理系。事实证明这是一个非常成功的计划，自1995年起，斯坦福大学的物理学家连续获得4次诺贝尔奖，其中包括朱棣文于1997年获得的诺贝尔奖。

　　在斯坦福大学期间，朱棣文的人生经历开始了新的转折，包括他的个人生活和事业生涯。他与前妻离了婚，后与英国物理学家、斯坦福大学助理校长兼招生办主任简·朱（Jean Fetter）成婚，招收了一批对生物学感兴趣的研究生，并说服斯坦福大学建立了一个耗资1.5亿美元的生物物理学中心。

　　在生物物理学中心建立后不久的2004年，LBNL聘请朱棣文担任实验室主任，他因此成为了首位掌管USDOE下属国家实验室的亚裔人士。朱棣文以前从未管理过比大学物理系更大的部门，却一下子去管理一个拥有员工4000人、年预算达6.5亿美元的庞大实验室。在LBNL，朱棣文很快就展现了他的勇气和魄力，以前所未有的方式筹措资金建造了新的实验大楼，并努力为员工争取更有利的养老金计划。他曾亲自代表员工与校方交涉，直到校方让步为止。

应对全球气候变化的先锋战士

　　朱棣文几乎将所有的时间都投身到应对全球气候变化和解决能源问题之中。来到LBNL后不久，他认为复兴能源研究计划的时机已经成熟（自上世纪70年代石油危机以来，所有的计划都一直处于“休眠”状态之中）。如今，在朱棣文的鼎力支持下，LBNL准备再次实施这些计划。与此同时，朱棣文让一些偏离计划发展的实验室有了明确的目标，说服了许多科学家转向能源研究领域中来，并争取、吸引了来自USDOE和英国石油公司（BP）的大量资金，启动了生物燃料和太阳光电技术等重大科研项目。

　　为了提高USDOE的工作效率，在决定接受出任USDOE部长之前，朱棣文提出对高层人员的任命权。在得到奥巴马总统的同意后，他聘请了一些高级人材，如前BP首席科学家、加州理工学院教务长史蒂芬·库宁（Steven Koonin）被任命为USDOE负责科技的副部长。

　　在USDOE接待室的茶几上，放着一些朱棣文与人合著的生物物理学文献等资料，朱棣文以此向来访者及自己表明：他仍然是一个战斗在科研第一线的科学家。在担任部长之后，他经常利用乘坐飞机的间隙时间进行一些研究工作。在伯克利时，他时常骑着自行车上下班，虽然现在不再骑车了，但他还是经常爬楼梯上到7楼的办公室。

　　USDOE所属的国家实验室过去一直以效率低下而著称，部分原因是过分强调稳妥谨慎所致。对此朱棣文指出，这种一味规避风险的倾向必须加以改变。为了鼓励更多探索性的研究，在他的推动下，USDOE成立了先进能源研究计划署（ARPA-E），旨在研发各种高风险高回报的新型能源和环保技术。（参见链接一：绿色科技还人类蓝天）

即使在会议休息间隙，朱棣文也是在电话中了解项目进展的情况

　　“只有明智地挑选出最有创新精神的提议，ARPA-E的理念才会产生效果。”在一次对清洁能源企业家群体的讲话中，朱棣文半开玩笑地说，“遗憾的是，我无法亲自过目审核所有的提议。”为此，他给一些顶尖大学的校长写信，要求他们提名最优秀的研究人员担任ARPA-E的项目评审员。

　　在一次项目评审中，朱棣文用了两个小时对提议进行了审核，4亿启动资金中的1.51亿投入了通过终审的37个项目。在朱棣文雄心勃勃的计划中，包括建立8个独立的能源实验室，以“曼哈顿”计划为蓝本，开发诸如下一代电池和先进核电站等技术（参见链接二：朱棣文的“创新工厂”）。

　　拟建的8个实验室，目前只有3个获得了美国国会的拨款资助。

为新能源奔走的“能源大使”

　　2009年12月初，在准备前往哥本哈根参加联合国气候变化会议之前，朱棣文的公开活动之一是与美国商务部长骆家辉（Gary Locke）商谈关于加快绿色专利技术批准事宜。7月，这两位部长曾一起前往北京，作为华裔著名政治家的骆家辉受到了热烈迎接，而获得诺贝尔奖的朱棣文在中国更是一位家喻户晓的人物。

　　朱棣文对中国的兴趣并不仅仅因为自己的华人血统，而是中国的二氧化碳排放量问题，此时的中国正在致力于清洁能源的研发，并为此投入了数十亿美元。访问期间，朱棣文和骆家辉宣布，两国将在提高能源效率和碳捕获技术等领域进行合作。

　　丹麦之行中，朱棣文再次行使了“能源大使”的角色，宣布2010年计划举行一次部长级能源会议，并承诺给发展中国家提供8500万美元援助，以发展可再生能源项目。朱棣文认为，哥本哈根首脑会议只是一个序幕，2010年他将利用他的影响力――科学素养和游说能力――说服国会议员投票通过一项与美国温室气体排放有关的议案。

　　对自己成功与否，朱棣文有两条衡量标准，即在能源部长任职期满之际，是否推动了气候变化法案的通过，以及能源部对科学事业的支持是否尽责。

　　最近，朱棣文一直在看G.T.西博格(G.T.Seaborg，美国化学家，1951年诺贝尔化学奖获得者）的著作，西博格曾领导战时研究团队争分夺秒地研究如何提取制造原子弹不可缺少的钚。西博格在书中提到了当时他们是如何迫切需要用于测量放射性的盖革计数器，在他的身体力行下，研究团队终于发明了这一探测仪器。

　　朱棣文对于西博格面对巨大压力时的紧迫感深有同感，正如西博格曾说过的那样：“这并不仅仅是大学的学术研究，我们必须大大加快步伐。”

资料来源Nature

责任编辑则鸣

链接一：绿色科技还人类蓝天

在朱棣文的领导下，USDOE已通过先进能源研究计划署（ARPA-E）将资金投入高风险能源研究项目。去年10月，37个项目获得了总共1.51亿美元的拨款，以下是其中的2个项目：

人工酶捕碳技术捕捉和存储化石燃料燃烧过程排放的二氧化碳需耗费大量能耗，但低能耗的解决方案确实存在――这一设想的灵感来自于人体。人体细胞中的二氧化碳在血液中溶解，然后通过肺部排出体外，其过程有一种叫做碳酸酐酶的酶的参与，在体温条件下这种酶会产生反应。230万美元的拨款已下达到康涅狄格州东哈特福德的联合技术研究中心，该中心准备以上述酶为模板，开发一种能够进行人工捕碳的酶。

巨型液态金属电池改进型电池的灵感来自铝熔炼厂，铝厂庞大而持续的液态反应需要吸收50万安培的电流。麻省理工学院一个研究小组的设想是：逆转铝厂的工艺过程，制造出巨型液态电池。通过制造出建筑物般大的电池，可以大大减少能源存储的成本。这种巨型电池在白天存储风能或太阳能，在夜间将能量释放出来以供利用。这一方案争取到了690万美元的拨款。

链接二：朱棣文的“创新工厂”

根据在贝尔实验室获得的经验，以及对“曼哈顿”计划的了解，朱棣文提出了建立8个“能源创新中心”的设想，每个中心将在5年之内每年获得2500万美元的拨款。目前美国国会同意拨款的只有其中的3个，以下是朱棣文设想的8个“能源创新中心”。

阳光燃料：发明人工光合作用系统，直接利用大气中的二氧化碳产生液体燃料。

高效节能建筑系统设计：创建类似于经过电脑优化处理汽车发动机的楼房控制系统。

核反应堆的模型与模拟：设计远远超出现有设计水平的第四代核反应堆。

用于核能源工业的极端材料：开发用于核技术的先进材料，包括燃料、用于防护屏蔽以及核废料处理的材料。

电池和储能：研究新的材料和材料结构，以提高存储密度，延长电池寿命。

太阳能发电：寻求新的太阳能光电技术或太阳能热电技术。

碳捕获和碳储存：开发新型吸附剂，降低碳捕获的成本和能量消耗；寻找化学分离、物理分离和生物分离的新途径。

电网材料、设备和系统：开发用于电力传输的新材料；开发提高电力传输效率的“智能”传感装置。

销售“阳光”

光电技术和太阳能发电技术似乎是继硅谷半导体技术发展的自然延伸。与借助于专业技能来制造更小、更快芯片不同的是，许多电气工程师和材料学家已经开始应用其专业来制造更廉价、更有效的光电器件。