[2005-12-21] 超級物理大師崔琦低調諾獎教授

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　雖然身為物理大師，他選擇與爭名逐利擦身而過，堅守平實低調，以謙遜誠懇的態度，於美國普林斯頓大學默默執教，為的是享受那百年科學巨人們留傳下來的學術氣氛，也是為體現中國人幾千年來傳統的儒者之道。

　崔琦，1998年諾貝爾物理學獎得主，出生於亂世河南農村，自小被迫與父母分開，面對中國，他有一份難以言說的心緒。求學於香港培正中學，一眾良師同儕親切照應使他畢生難忘。

　實驗室內，崔琦以量子微觀，展示驚世電子新形態；實驗室外，他呼朋喚友，相聚於歡聲笑語，著力論證人與人之間的真情實感，才是人生最寶貴的重大發現。

　要寫崔琦，一定要從科學開始，一則他是一位科學家，二則他的成就來自科學。一般人都知道他得了1998年的諾貝爾物理學獎金，為有史以來第6位中國人，但說到他憑什麼得獎，對人類作出了什麼貢獻，相信為此自豪的中國人沒有幾位能說得出所以然來。

　於是，解釋他的科研成就，成為了拍攝這一集傑出華人系列的重大任務。但是，對於一個初三以後已與物理絕緣，連牛頓定律也一知半解的科盲如我，又談何容易？

從科幻小說談起

　唯有使出一般港式電視人的絕學，臨急抱佛腳，死馬當活馬醫，幾達逢網必上，逢人必問的程度……幾個月來，積存資料一大堆，結識專家十數位，生吞活剝，希望掌握到一鱗片爪，用自已的常識通識，涉足世界頂尖科研殿堂，領略唐吉苛德式的浪漫，感受愚公移山的快感。

　好了，繞了大半天，不解還需解。以下說的，行內人可一笑置之，行外人也不必太過認真……

　還記得《一九八四》這本小說嗎？對了，就是那本由英國作家George Orwell寫的科幻寓言小說，危言聳聽世界被老大哥極權統治，人人成為受監視的奴隸（冷戰時期這本小說大紅，因為人人擔心世界真的會走向這個方向)，我不是要引用當中發人深省的寓意來比喻崔琦教授的科學，而是想提出蘋果電腦就在1984年借用了這本小說的意像，在電視大賣廣告，推銷他們剛推出的產品Macintosh，廣告片中見一個奴隸在一個大型政治集會中，打破『老大哥』講話的大屏幕，象徵個人電腦時代的真正降臨。(人類真的被解放了嗎？還是被更多不同的『老大哥』操控了？當然不是本文要提出的討論。)

　之後便是20年至今的人類生活形態：電腦、手機、I-pod、PSP…

量子物理深入精微

　80年代就是我們今天生活方式的起點，就在81年底，崔琦與其拍檔Horst Stomer在實驗室中發現了令他們分獲諾貝爾獎金的Fractional Quantum Hall Effect。

　所謂Fractional者，即非整數，分數是也；

　所謂Quantum者，量子也，我們常聽人說的量子物理，究竟是什麼？籠統來說，便是研究一些構成世界的元素的內在法則。一代宗師牛頓發現的地心吸力，正是一條法則，人在地球上一跳高便會被吸下來，除非你是超人，否則沒法逃過『法網』，這些肉眼見到的現象，歸類於經典物理。而構成世界的原子、核子、電子等（因為微細，所以通常是『子』），原來也自有一些法則，歸入量子物理類別，美國人了解多一點，於是1954年廣島長崎的居民便首遭其殃，後來中國人也了解多一點，於是中國人民又再站起來了，不過站的時候多數人都是赤腳的，因為當時我們顧得了原子，顧不了襪子……

霍爾效應引出話題

　而Hall又是什麼呢？原來Hall是一位英國人的姓氏，也是崔琦100年前的同業，那時電力方興未艾，Hall先生在一個實驗中將幾條電線駁到一塊金屬片上，再嘗試加上磁力，居然被他發現了磁場如何影響電流方向的現象，後人稱Hall Effect，中譯霍爾效應，百年來人們設計電路版的時候，都不能忽略這現象。

　那Frational﹢Quantum﹢Hall Effect又是等如什麼呢？

　簡單來說，Fractional Quantum Hall Effect也是一種電流被磁場影響的現象，不過加上了Quantum，即代表這個現象只奏效於微觀量子世界的電子上，而之前又加上了Fractional，即是在這個現象中有出現了分數的結構。

精密材料要半導體

　仍一頭霧水嗎？且讓我繼續胡扯下去……

　Hall先生的實驗100年後，人們對於電與物質的關係有相當的了解和掌握，但人類太聰明了，也太不安於現狀了，我們開始研究更細微的事物，製造更精密的儀器，我們對材料的要求也高了，一般的導電體已經不能滿足現代科技的發展的要求，取而代之是人造的半導體物料。（例如矽，美國那個叫矽谷的地方有很多華工，但他們的血汗不是再用來起鐵路，而是製造高科技產品）。

廿載耕耘 啟百載新征程

　簡單又非常籠統來說，崔琦與Stomer是發現了一種「超級電子」，當人們以為構成世界最細微的單位叫電子的時候，原來在某些情況下，還有一種可以攜帶更細少電荷的「超級電子」，以為可以稍作休息的科學家們又要為此再努力下去了。

　牛頓定律數百年後仍應用

　努力了20年，這個重大發現有了成果了嗎？在日常生活中我們受益了嗎，答案是—未有。

　要知道多數的科學的基礎發現都是需數十年，甚至百年才見其功效，牛頓發現萬有引力定律的時候相信做夢也未有想到數百年後會成就人類上太空的偉大工程。

　好了，這一切與蘋果電腦又有何干呢？

更精密電子產品將出現

　自80年代以來，現代文明和生活都是建基於我們如何操控在半導體上的電子，試幻想我們能沒有電腦嗎？我們能不用手機嗎？我們上班時能不聽I-pod嗎？我們對半導體上電子運行的理解是非常重要的，超級電子的出現，意味著我們便可能擁有更精密更快更複雜的電子產品，現代文明將會更進一步發展下去。

　然後，我們會更幸福嗎？

　當然，這不是科學家們可以透過實驗得來答案的範疇了。

　不過，如果你收看本集的傑出華人系列：《崔琦》，你便會感受到崔琦教授在實驗室外的親切從容，對人對事的誠懇謙遜，或許，你會獲得更多的答案。

絕對零度下試驗出「火花」

　要更深入了解這些物料的特性，從而製造出更精密的更有益於人類的產品，科學家想出了在超低溫的的環境下對半導體進行Hall Effect的測試，因為電子就和人一樣怕冷，當氣溫低達絕對零度或更低，他們便會比較乖乖的，不胡亂走動，而我們再加予一個強大的磁場，真的要是很大的那種，便很有可能得到一些穩定的數據，從而了解到電子與物料與磁場之間的關係。

生產精純半導體物料

　但是，要知道要做成功這種實驗是並非易事，一則你要擁有精純度很高的半導體樣本，二則那超大的磁場，或超越數千個雙門雪櫃相加的冷凍能力又何來呢？

低溫測試獲重大發現

　1981年崔琦與同事Horst Stormer正於AT and T電話公司旗下著名的「貝爾實驗室」工作，而生產精純的半導體物料正是貝爾實驗室的強項。崔與Stormer於麻省理工實驗室找到了全美最強的磁場，將半導體樣本置於接近絕對零度的低溫作測試。

　終於，在81年底，一組奇怪的數字出現了，令人百思不得其解，在圖表上，有幾處居然出現了分數的結構，電子在已理解範圍內都是獨立運行的，難道電子會分體成幾分之一粒來走動的嗎？這一組數字似乎暗示崔與Stormer的實驗如非弄得一塌糊塗，便一定獲得了重大的發現！

瞄準新形態準粒子

　兩年之後，物理理論家Robert Laughlin指出，本來在半導體中獨來獨往的電子，在高磁場及低溫的環境下，居然會聚在一起，變成一種近似液體的狀態，而在電子與電子間會產生一種新形態的準粒子（Quazi－particles），其特性是帶分數電荷，有別於一向以來我們在電子測量到的整數電荷。這解釋廣泛得到科學界的接受。因此，崔、Stormer與Laughlin共同分享了98年的諾貝爾獎金。

　「傑出華人系列-崔琦」本周六(24日)晚七時正於無線電視翡翠台播映。香港電台網站(http://tv.rthk.org.hk)視像直播。