本刊記者 王 軍
一秒鐘,電影放映了24幀畫面;一秒鐘,蜂鳥震翅55次;一秒鐘,人可以呼吸進(jìn)93毫升空氣;一秒鐘,地球從太陽接收486億千瓦時的能量;一秒鐘,光繞地球跑了7圈半。
以地球自轉(zhuǎn)為準(zhǔn)的格林威治標(biāo)準(zhǔn)時間所計(jì)算,一秒鐘是一天的1/86400。幾乎沒有人會關(guān)注到這短短的“一瞬即逝”給我們帶來的影響。然而在研究了一輩子高速成像、超高速成像和極高速成像原理和技術(shù)的李景鎮(zhèn)教授眼中,這一秒鐘卻充滿了無數(shù)的奧秘,研究空間大有可為。
年過70的李景鎮(zhèn)在我國光學(xué)領(lǐng)域是一位傳奇性的人物。從當(dāng)年清華大學(xué)畢業(yè)到如今,半個世紀(jì)過去了,他從沒有離開過和瞬態(tài)光子信息技術(shù)相關(guān)的研究,一輩子癡迷于如何觀測短時間(1秒到萬億分之一秒)和原子時間(萬億分之一秒到千萬億分之一秒)過程的光信息,探索“一瞬即逝”過程中所發(fā)生的物理、化學(xué)和生物圖景及其變化規(guī)律,至今還保持著很多“紀(jì)錄”:他研制出我國第一臺國際領(lǐng)先水平的超高速等待型分幅攝影機(jī)、我國第一臺每秒2000萬幅攝影頻率的轉(zhuǎn)鏡同步型超高速分幅攝影機(jī)、我國第一臺鈹轉(zhuǎn)鏡超高速掃描相機(jī)、我國第一代機(jī)載集成點(diǎn)陣頭間歇式高速相機(jī),開創(chuàng)我國大型火箭發(fā)射起飛段漂移量高速攝影測量儀研制系列,為“兩彈”試驗(yàn)、大型火箭發(fā)射、“神州”系列飛船的發(fā)射等國家重大科研工程做出了重要貢獻(xiàn)。在2016年,李景鎮(zhèn)實(shí)現(xiàn)了激光等離子體飛秒多幅高分辨率成像,把攝影頻率推進(jìn)到令人難以想象的每秒十萬億幅領(lǐng)域,時間—空間信息量大幅度超越美國、日本的最好水平,達(dá)到國際領(lǐng)先。
“瞬態(tài)光子信息技術(shù)研究已自成體系,形成了一門交叉性學(xué)科,幾十年來我一直在干這個,世界范圍內(nèi)干這么久的可能只有我一個。就是因?yàn)闊釔?,所以我一直沒有考慮過放下?!崩罹版?zhèn)從來沒有把光學(xué)的科研當(dāng)作一種工作,而是視為了自己生活的一部分,如今依然在實(shí)驗(yàn)室的第一線和年輕人們摸爬滾打,同甘共苦。
“我先生這個人,一到家里就犯困,一進(jìn)實(shí)驗(yàn)室就來精神!”李景鎮(zhèn)的夫人一提到李景鎮(zhèn)的這一特點(diǎn)就又好氣又好笑。
對于夫人的“控訴”,李景鎮(zhèn)哈哈一笑,算是承認(rèn),但隨即又為自己辯解道:“你不知道那種感覺,在實(shí)驗(yàn)室里和年輕人們一起討論學(xué)術(shù)問題,感覺自己都變得有朝氣了。這大概就是科研的魔力!”
李景鎮(zhèn)從青年時期起,就把學(xué)習(xí)和科研當(dāng)作一種樂趣對待,享受其中,常常為此廢寢忘食。在清華求學(xué)的時候,他曾經(jīng)為了達(dá)到自己制定的學(xué)習(xí)目標(biāo)埋頭讀書,有時整整一個學(xué)期沒有邁出清華園的大門一步。到中國科學(xué)院攻讀學(xué)部研究生時依然是求知若渴。后來到中國科學(xué)院西安光機(jī)所工作,每天更是工作到凌晨12點(diǎn)半才回家。只要光機(jī)所的大樓有一扇窗還亮著燈,那一定就是李景鎮(zhèn)的實(shí)驗(yàn)室。每天深夜摸著黑回到住處,匆匆洗把臉,上床睡幾個小時,天一蒙蒙亮,便又起床繼續(xù)去實(shí)驗(yàn)室上班。這種作息,從他20幾歲一直延續(xù)了幾十年。
“我從沒有覺得條件艱苦,也沒有覺得累。對于自己熱愛的事業(yè),自然要分分鐘全力以赴!”在別人看來這么“瘋狂”的作息方式,李景鎮(zhèn)卻覺得再平常不過。
西安光機(jī)所是中國科學(xué)院在西北地區(qū)最大的研究所之一,為我國的戰(zhàn)略武器試驗(yàn)研制測試設(shè)備,接收的都是國家指令性計(jì)劃的重大任務(wù)。國家任務(wù)必須按期圓滿完成,壓力可想而知,但這同時也給了年輕的李景鎮(zhèn)一個施展才能和不斷成長的平臺。
“我要做,就要做得比任務(wù)要求的指標(biāo)高!”李景鎮(zhèn)心里默默地給自己設(shè)定了更為嚴(yán)苛的標(biāo)準(zhǔn),“比如當(dāng)時的項(xiàng)目任務(wù)要求攝影頻率是每秒鐘250萬張,而我做到了每秒500萬張!”不僅如此,永遠(yuǎn)要求自己領(lǐng)先一步的李景鎮(zhèn)在面對各項(xiàng)任務(wù)時總在思考如何用創(chuàng)新的方法去突破,不僅僅要完成任務(wù),更要達(dá)到世界先進(jìn)水平。
敢想,敢干,總能干成——這成為了李景鎮(zhèn)貼在別人心中的3個標(biāo)簽。1980年,由于在核試驗(yàn)、氫彈試驗(yàn)以及核聚變實(shí)驗(yàn)等相關(guān)國家重大科研工程的發(fā)展中做出了突出貢獻(xiàn),他在中國科學(xué)院西安光機(jī)所“文革”之后第一次提升高級職稱時成為了中國科學(xué)院最年輕、也是整個陜西省最年輕的副研究員。1998年在莫斯科召開的第二十三屆國際高速攝影和光子學(xué)會議上,李景鎮(zhèn)被認(rèn)定為“國際上對光機(jī)式高速攝影貢獻(xiàn)最為突出的11人之一”。
“當(dāng)時我拿到簽證的時候,會議都已經(jīng)開完了,這個評價還是后來在翻看會議的論文集時看到的?!彪m然沒有親臨會議現(xiàn)場頗有些遺憾,但是對于國際同行對自己的認(rèn)可,李景鎮(zhèn)還是感到十分的欣慰,“我這輩子搞科研的目標(biāo)并不是為了掙多少錢。說白了,就兩個原因,一個是為國家服務(wù)、為國家做點(diǎn)事,我責(zé)無旁貸;另一個就是自己研究的東西能夠得到認(rèn)可,這種成就感一直支撐著我在這條科研之路上風(fēng)雨兼程?!?/p>
上世紀(jì)80年代后期,中國政府為了適應(yīng)國際衛(wèi)星發(fā)射市場的需求和推進(jìn)航天技術(shù)的進(jìn)一步提高,將大推力捆綁式火箭研制和發(fā)射提到日程之上。李景鎮(zhèn)向記者介紹,火箭從點(diǎn)火到發(fā)射,全程都需要用高速攝影測量儀跟蹤拍攝大量的照片,因?yàn)闊o論是發(fā)射成功還是失敗都需要進(jìn)行詳盡分析。比如發(fā)射失敗了,通過這些照片就能分析出失敗的細(xì)節(jié)問題,找到原因,所以瞬態(tài)光學(xué)成像技術(shù)是不可或缺的。
然而,當(dāng)時發(fā)射起飛段漂移量的測試設(shè)備一直尚無著落。國防科工委決定捆綁式火箭發(fā)射的若干重要設(shè)備要自行研制,這項(xiàng)艱巨的大型火箭發(fā)射起飛段橫向漂移量測量系統(tǒng)的研制任務(wù)便落在了李景鎮(zhèn)的肩上。
時間緊,任務(wù)重,李景鎮(zhèn)拉起自己的團(tuán)隊(duì)馬不停蹄地開始了科研工作,在他的率領(lǐng)下,原本需要兩年研發(fā)出來的漂移量測量系統(tǒng)只用了256天便完成了,創(chuàng)下了中國科學(xué)院完成大型軍工任務(wù)的最快紀(jì)錄。
在實(shí)驗(yàn)中
回憶起20多年前參加第一次捆綁式火箭發(fā)射時的情景,見慣風(fēng)雨的李景鎮(zhèn)依舊有些激動:“當(dāng)時我?guī)е?2個兄弟姐妹在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心呆了70多天,由于水土不服加上紫外線強(qiáng)烈,很多人都得了一種‘西昌病’,消化不良、肚子鼓脹,皮膚脫皮十分嚴(yán)重,其中有一位甚至到了病危的程度!”當(dāng)時發(fā)射的情況非常嚴(yán)峻,發(fā)射時間一推再推,很多專家也沒有成功的把握……可見當(dāng)時整個氛圍的壓力之大,就是在這種艱苦的條件下,李景鎮(zhèn)和他的團(tuán)隊(duì)選擇了堅(jiān)守?!坝浀?990年7月16日晨,我國發(fā)射第一顆大推力捆綁式運(yùn)載火箭,在傾盆大雨和國際歌聲中奔赴發(fā)射基地,有點(diǎn)壯烈!我們團(tuán)隊(duì)成員被分去了4個碉堡。每個碉堡都有我們的設(shè)備。當(dāng)時真是緊張時刻,好在最終取得了成功。發(fā)射前半小時我是最后一個離場的,收容沒有來得及撤退的隊(duì)員;發(fā)射后我是第一批趕到發(fā)射現(xiàn)場,看到鋼板橫飛、碉堡震裂,威力太大了,然而儀器正常、圓滿完成任務(wù),那種自豪的心情難以言表!”
時到今日,每當(dāng)和當(dāng)年的團(tuán)隊(duì)成員聚在一起的時候,憶往昔,崢嶸歲月稠,話題仍然離不開那一次發(fā)射,離不開那一段激情燃燒的歲月。李景鎮(zhèn)由衷地感嘆道:“這就是我說的成就感,一輩子都刻在心里!”
時間來到了1993年。擺在功成名就的李景鎮(zhèn)面前的,是兩份沉甸甸的邀約。
一份來自恩師金國藩,邀請他北上回到母校清華大學(xué)擔(dān)任某研究所副所長;另一份則來自好友劉頌豪(1999年增選為中國科學(xué)院院士),邀請他南下深圳大學(xué)來做物理系系主任,開拓深圳這座城市的光學(xué)領(lǐng)域:培養(yǎng)光學(xué)、光子學(xué)人才,建立科研基地。
何去何從?讓李景鎮(zhèn)頗費(fèi)了一番思量。經(jīng)過反復(fù)的綜合考慮,他最終還是選擇了后者。“深圳畢竟是一個年輕的城市,有活力,科研的氛圍更輕松,創(chuàng)新力也強(qiáng),很符合我的性格。于是我決定來開辟一片新天地?!崩罹版?zhèn)如是說。
李景鎮(zhèn)的手表從此進(jìn)入了深圳時間。在這座快節(jié)奏的城市里,年過半百的科學(xué)家迸發(fā)出超越年齡的活力與激情?!拔业缴钲诖髮W(xué)的第二個月就成立了光電子技術(shù)專業(yè),盡快實(shí)現(xiàn)光子信息人才的培養(yǎng)計(jì)劃。”20年來,李景鎮(zhèn)在深圳大學(xué)期間相繼創(chuàng)辦了兩個光學(xué)類專業(yè)、光學(xué)碩士點(diǎn),積累了科研成果,為深大光學(xué)工程學(xué)科建設(shè)從本科、碩士到博士的三級跳,繼而拿到博士后流動站奠定了基礎(chǔ),使深圳實(shí)現(xiàn)了光學(xué)領(lǐng)域的源頭突破。
在教書育人的同時,李景鎮(zhèn)也有一套自己的科研計(jì)劃。在他看來,深圳是創(chuàng)新者和創(chuàng)業(yè)者的樂園,所以他希望自己能夠在這里排除一切干擾,全身心投入到科研中去,做出更多的具有原創(chuàng)思想和技術(shù)、能夠超越美國和日本這些先進(jìn)國家的成果來。他有一句名言:“我的年齡和資歷不允許我做一些簡單的、沒有水平的、重復(fù)性的研究成果,要做我就得做世界第一的水平。”
從上世紀(jì)90年代末開始,中國就準(zhǔn)備進(jìn)行新型強(qiáng)爆轟等高層次科學(xué)試驗(yàn),這需要高性能的高速攝影機(jī)對其進(jìn)行相關(guān)測試研究。然而對于強(qiáng)爆轟試驗(yàn)中至關(guān)重要的新型高精度超高速攝影機(jī)卻因?yàn)榫雀?、系統(tǒng)復(fù)雜,研發(fā)難度極大。據(jù)李景鎮(zhèn)介紹,原本這一設(shè)備國家是打算進(jìn)口,前后兩次簽訂合同,但是由于涉及到軍事用途,都被強(qiáng)行撕毀。隨后交給國內(nèi)的研究所自主研制,兩次未果。
最后,國家想到了已經(jīng)到深圳大學(xué)工作的“敢想,敢干,干了能成”的李景鎮(zhèn)。身為國際上研究高速攝影的代表人物,李景鎮(zhèn)沒有推辭,毅然承擔(dān)起這項(xiàng)高難度的精密復(fù)雜系統(tǒng)的“SSF超快過程分幅掃描同時成像記錄儀”的研制工作。其實(shí)早在2006年,他就憑借著首先研制成功國家攻關(guān)急需的某種超高速等待式分幅攝影機(jī)而獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。不過在李景鎮(zhèn)自己看來,這種超高速分幅攝影機(jī)雖性能優(yōu)越、國際先進(jìn),但由于其是單功能的分幅攝影機(jī),在相鄰兩畫幅之間有“時間縫隙,time gap”,有嚴(yán)重的原理性信息丟失且不能彌補(bǔ)的不足,而能解決這類原理性信息丟失,得到完整的、準(zhǔn)確的爆轟過程的信息,是這種新型高精度的SSF成像記錄儀。不過研制難度也要大得多,幾乎是從零開始,沒有技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)可以借鑒,完全是摸著石頭過河。
SSF超快過程分幅掃描同時成像記錄儀被譽(yù)為超高速攝影領(lǐng)域“皇冠上的珍珠”,可見它在業(yè)界人士眼中的重要性和難度。李景鎮(zhèn)在這個項(xiàng)目上的研究之路一度舉步維艱。“曾經(jīng)有整整3個月,我整天迷迷糊糊的,滿腦子都是這個項(xiàng)目,但就是拿不出方案也計(jì)算不出來?!痹谀嵌稳兆永?,李景鎮(zhèn)夜不能寐、食不知味,但是暗下決心:“為什么美國人能研究出來,我們中國人就不行?我就不信這個邪,我不僅要研究成功,還要比美國的水平高!”
李景鎮(zhèn)用了3年的時間做計(jì)算、做方案、做實(shí)驗(yàn),光是寫滿密密麻麻的數(shù)學(xué)公式和計(jì)算過程中用手繪制的草圖就堆滿了辦公室里的幾個抽屜,電腦中存檔的電子文件高達(dá)8G之多。在方案確定之后,緊接著是光學(xué)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、加工和裝調(diào),這其中的困難也是可想而知!李景鎮(zhèn)親力親為全程參加,在第一線和工人一起討論如何加工如何裝調(diào)?!拔疫@是遵循清華大學(xué)多年的傳統(tǒng),一臺設(shè)備,從原理到實(shí)驗(yàn)到計(jì)算到設(shè)計(jì)到加工,要和工人師傅全程在一起。”
在國際高速成像和光子學(xué)會議上
就這樣前后8年,李景鎮(zhèn)和他的團(tuán)隊(duì)歷盡了艱難,銳意創(chuàng)新,終于獲得了成功。SSF超快過程分幅掃描同時成像記錄儀能在等待模式下同時得到同一時間基準(zhǔn)、同一空間基準(zhǔn)的分幅圖像和掃描圖像,發(fā)明了在等待模式下分幅—掃描同時記錄的平面成像系統(tǒng)和無原理誤差的轉(zhuǎn)鏡相機(jī)暗箱,填補(bǔ)了我國高端爆轟研究領(lǐng)域空白。
在2012年的項(xiàng)目鑒定會上,破天荒地來了10位兩院的院士。鑒定委員會以中國工程院院士金國藩為主任,中國科學(xué)院院士、中國工程院院士周炳琨、薛永祺、姚建銓、林尊琪、劉頌豪、吳培亨、李同保、沈緒榜、魏子卿為副主任委員以及多名專家組成。這種齊聚一堂的場面以往并不多見。作為專家,大家都清楚李景鎮(zhèn)團(tuán)隊(duì)這一研究項(xiàng)目的分量,鑒定結(jié)果,大家一致認(rèn)為:“SSF超快過程分幅掃描同時成像記錄儀是研究高速流逝過程的精密科學(xué)儀器,是一臺具有原創(chuàng)思想和技術(shù)的先進(jìn)設(shè)備,其整體性能指標(biāo)與國外同類儀器相比,居國際領(lǐng)先地位?!?/p>
李景鎮(zhèn)是南方航空公司的金卡會員。擁有這張金卡會員資格的前提是年度搭乘南航航班飛行里程達(dá)到8萬公里,或者乘坐航段達(dá)到40個?!爸v課、做項(xiàng)目、學(xué)術(shù)交流、會議……出差的次數(shù)比較多。有時候剛從深圳大學(xué)這邊下了課,就奔往機(jī)場飛到西安那邊去跟加工。”過了古稀之年的李景鎮(zhèn)對于這種“空中飛人”的生活早已習(xí)以為常。
鉆研時間奧秘的學(xué)者,時間也待之不薄。李景鎮(zhèn)一點(diǎn)都感覺不到老之將至的痕跡。除了由于編寫了1700多萬字的光學(xué)著作造成視力有些影響之外,無論是從精力上還是思維的創(chuàng)造力上,李景鎮(zhèn)都不遜色于科研隊(duì)伍中的年輕人。
在2016年的深圳市科技創(chuàng)新大會上,“40后”的李景鎮(zhèn)和“80后”的汪韜分別作為兩個年度的深圳科技獎市長獎的得主相鄰而坐,相差了40歲的兩個人相談甚歡,成了忘年交。李景鎮(zhèn)這樣的忘年交還有很多,他喜歡走到年輕一代中間去,完全沒有年齡和職位上的架子,天南地北地聊一聊,開開玩笑,給他們一些建議,順便將自己幾十年的人生智慧和科研經(jīng)驗(yàn)與他們分享。所以,年輕人都喜歡在背后親切地稱呼他為“永遠(yuǎn)年輕的老師”。
然而,這個老師在帶學(xué)生時也有自己嚴(yán)厲的一面?!拔覍W(xué)生的要求還是很嚴(yán)格的,做我的學(xué)生,首先你要有為科研獻(xiàn)身的理想,為國家做貢獻(xiàn)的決心。其次,你要有激情,不怕吃苦受累,能夠堅(jiān)持得下去。最重要的是要有創(chuàng)新意識,敢于做別人沒有做過的事情!”
熟悉李景鎮(zhèn)的人都知道,這是一個能夠抵抗各種誘惑的人。李景鎮(zhèn)很反感自己的學(xué)生稱呼他為“老板”?!拔抑烙幸恍┙淌跁W(xué)生做一些橫向課題,賺些錢。但這種活兒在我這一個都不會干。我希望我的學(xué)生做的都是先導(dǎo)性、前沿性和原創(chuàng)性的學(xué)術(shù)研究,爭取為國家做些實(shí)實(shí)在在的事?!?/p>
這位目前我國高速成像技術(shù)研究領(lǐng)域重要的學(xué)科帶頭人在毫秒級成像技術(shù)、微秒級成像技術(shù)、亞納秒—飛秒級成像技術(shù)和某些光學(xué)前沿取得了系統(tǒng)的創(chuàng)造性成就,為我國國防科研、瞬態(tài)領(lǐng)域民用科研的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。然而李景鎮(zhèn)并不滿足于目前的科研成就,他打算繼續(xù)和時間競賽下去,已經(jīng)把實(shí)驗(yàn)室的研究領(lǐng)域從毫秒、微秒擴(kuò)展到納秒、皮秒和飛秒。他在多次全國性學(xué)術(shù)會議上說到了他的10年規(guī)劃:用5年時間研制出原子時間尺度成像儀,滿足在原子層面上研究物理、化學(xué)和生物學(xué)的瞬變過程的需要,探索基本規(guī)律;再用5年進(jìn)軍電子時間尺度成像領(lǐng)域,那可需要阿秒脈沖和阿秒成像技術(shù)!
“只要我在深圳,不管是什么時候,你都能在實(shí)驗(yàn)室里找到我?!崩罹版?zhèn)的這句承諾絕不是夸大其詞,全身心地投入科研讓他完全忘記了自己的年齡和身體狀況。這幾年,隨著身邊的老友們有的離世、有的身體衰弱也很少見面,李景鎮(zhèn)的夫人擔(dān)心他的身體,不再允許李景鎮(zhèn)延續(xù)了好幾十年凌晨12點(diǎn)半下班的作息,強(qiáng)迫他陪著自己晚飯后一起散步,看看電視,保障休息。
但是李景鎮(zhèn)還是那樣“秉性難移”,人跟著老伴兒散步,心里卻還在思量著光學(xué)上的問題??措娨晞∫廊皇菐追昼娋头咐?,為了醒盹就跑到實(shí)驗(yàn)室。如果遇到志同道合的同事一起討論問題,聊到半夜兩三點(diǎn)鐘再回家睡覺也是常有的事。
鉆研、探索、創(chuàng)新,是李景鎮(zhèn)秉持一生的關(guān)鍵詞。無論是人情、世故還是名譽(yù)、權(quán)利,甚至是歲月都無法從他身上奪走對光學(xué)探索的執(zhí)著。
“在科學(xué)上沒有平坦的大道,只有不畏勞苦沿著陡峭山路攀登的人,才有希望達(dá)到光輝的頂點(diǎn)”。時間會給李景鎮(zhèn)教授最完美的答案!