用物理視角探索化學問題，CUSPEA打開了通往科學前沿的渠道

1979-1989年間，李政道、吳瑞（Ray Wu）、William von Eggers Doering和陳省身（Shiing-shen Chern）通過物理、化學、生化、數(shù)學四個中美博士生考試與申請項目（China-US PhD Examination and Application Programs, CUS-PhD-EA）選派1700余人赴美攻讀博士，培養(yǎng)了大批頂尖人才。該系列訪談旨在通過展示這些校友在過去半個世紀中對中國乃至全球發(fā)展所做出的集體貢獻，彰顯這些項目不僅對中國，也對全球都具有劃時代的歷史意義。

曹建樹：我叫曹建樹，浙江大學物理系本科畢業(yè)。我是大學三年級，1985年參加的CUSPEA考試，1986年去的美國，去哥倫比亞大學攻讀博士學位。1998年開始在麻省理工學院化學系工作，一直到現(xiàn)在。

墨子沙龍：您是如何與CUSPEA項目結(jié)緣的？這個項目對您有什么影響？

曹建樹：這個項目對我們的影響當然很大。因為當時對國外的了解不多，也不知道有什么渠道可以出國，但同時又希望能夠接觸到科學的前沿。CUSPEA項目就提供了這樣一種機會，可以去美國學習，然后從事科研工作，這樣就改變了我們生活和事業(yè)的軌道。所以在當時的情況下，我覺得這個項目意義特別重大。當時中國剛開始開放，對外面的了解還不是很多。

墨子沙龍：您覺得CUSPEA項目在哪些方面對中國科研人才的成長起到了獨特作用？

曹建樹：中國有很多物理學人才，但沒有機會跟美國一流的學校和導師一起工作學習。CUSPEA項目提供了一個很好而且很有效的渠道，一下子就把中國的人才和美國當時物理的發(fā)展結(jié)合在一起，同時也讓美國的同行、導師、同學都了解到中國的物理人才。這是當時的影響。長遠的影響，就是因為有了CUSPEA，物理學在中國以后幾十年的發(fā)展一直比較穩(wěn)定。

墨子沙龍：您學的是物理，但工作是在化學系，您主要研究什么方向？

曹建樹：我拿的是物理學位，但跟的導師做的是理論化學和物理化學。物理化學這個領域?qū)嶋H上是在化學和物理之間，所以這個過渡還是比較平緩的。

我做的方向會比較分散一些。比較通俗的一個課題是量子與經(jīng)典的關(guān)系。早期物理學的一個很關(guān)鍵的概念就是量子力學，包括李政道先生的貢獻都屬于這個方向。但我們看到的化學現(xiàn)象——包括輸運、反應、液體的流動——實際上都是宏觀的、經(jīng)典的。所以就有一個問題：怎么用牛頓力學來理解甚至預測量子力學的現(xiàn)象？早期的量子力學就是要解決量子力學與牛頓經(jīng)典力學之間的過渡問題。我們的工作是把這種關(guān)系延伸到動力學，一方面可以提高計算效率，另一方面可以更直觀地去理解一些現(xiàn)象。

物理學的訓練對我做化學研究有很大幫助。化學跟生物一樣，屬于經(jīng)驗型的科學、觀察型的科學，而物理屬于邏輯型的科學。所以用物理學的訓練去學化學，會有不同的視角，看問題的方法不一樣，這樣就產(chǎn)生了一些比較新的想法。

墨子沙龍：您也研究光合作用，這項研究為什么有挑戰(zhàn)性？

曹建樹：光合反應是生物界的一個基本過程，它對能量轉(zhuǎn)化有很大影響。研究光合作用涉及化學生物，也有一些物理概念，所以是多學科的。它的挑戰(zhàn)性主要在于：在生物體內(nèi)，光合作用的效率和穩(wěn)定性都比人工合成的有巨大優(yōu)勢，我們需要去了解它為什么會有這樣的優(yōu)勢。但這個系統(tǒng)比較復雜，涉及到很多生物體，不像物理系統(tǒng)那么均勻、可控，所以有一定挑戰(zhàn)性。

因為它是在自然界自然發(fā)生的事情，所以會引出一些很有意思的問題——為什么現(xiàn)在的生物體這么有效？是不是因為進化、演化造成的？演化又是怎么在分子層次上產(chǎn)生影響的？這些問題還是有一些根本性的意義。

墨子沙龍：您怎么看待量子計算對化學領域的影響？

曹建樹：量子計算是個很新的方向，現(xiàn)在對我們領域有很大影響，特別是計算化學。計算化學是用基本的物理原理去計算一些化學過程。但化學系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比物理系統(tǒng)更復雜、更不均勻，所以計算量更大。很多理論建議用量子計算來做化學上的應用，但真正要實現(xiàn)還有很長的距離，特別是在硬件上，還有很大的挑戰(zhàn)。所以這還是一個很長遠的發(fā)展，但應該有很大的前途。

墨子沙龍：您對年輕學生和科研工作者有什么建議？

曹建樹：我覺得首先是興趣——你覺得這種生活方式、這種工作方式有意思，這樣才能驅(qū)動你往前走。另外一方面，也受到一些前輩的影響，包括李政道先生這些榜樣，他的人生是很完美的，我們當然也希望自己的人生能夠更有意思。

我覺得應該開放思想，比較開放地看學術(shù)發(fā)展，不應該太強迫自己，應該更多地發(fā)展興趣，在興趣的基礎上慢慢找到自己的方向，而不是強迫地去學習。

中國學生都有很好的基礎，不管學什么都可以學得好，只是要找到對的方向。而這個方向可能也不是預先可以設定的——比如說現(xiàn)在很多新的方向，量子計算、人工智能，在十年前都是沒有的領域。現(xiàn)在很多學生會對這些感興趣，然后思考怎么把傳統(tǒng)領域跟這些新方向結(jié)合在一起。每個時代都有一些新的概念、新的方法出來，所以應該更靈活地去選擇方向。