沙　磊

光纖之父高錕獲得諾貝爾物理學(xué)獎之后,筆者努力找出他在中關(guān)村乃至北京的足跡。作為清華大學(xué)、北京郵電大學(xué)的客座(名譽(yù))教授,清華大學(xué)電子工程系和北郵信息光子學(xué)與光通信教育部重點實驗室傾注了他的心血,影響了實驗室?guī)状萍脊ぷ髡叩某砷L。

北京郵電大學(xué)校長方濱興在第一時間向高錕發(fā)去了賀詞:您在光導(dǎo)纖維和光纖通訊科學(xué)領(lǐng)域的開拓性貢獻(xiàn)極大地推動了信息技術(shù)和人類社會的進(jìn)步,贏得了全世界的尊敬和愛戴。您是全球信息通訊領(lǐng)域科技工作者的驕傲,您是全球華人的驕傲。

北京郵電大學(xué)名譽(yù)校長葉培大教授說,先生在光纖科學(xué)和技術(shù)方面的成就拉開了光通訊大發(fā)展的序幕,推動了當(dāng)今現(xiàn)代化信息社會之形成,惠及了整個人類,今獲此殊榮,實可喜可賀,乃眾望所歸也。

“光流動在細(xì)小如線的玻璃絲中,它攜帶著各種信息數(shù)據(jù)傳遞每一個方向,文本、音樂、圖片和視頻因此能在瞬間傳遍全球?！本驮讵勴椆寄且豢?高錕獲諾獎的消息“全球同步”傳播世界。之所以在今天成為可能,也正好和他的發(fā)明分不開,那就是“光導(dǎo)纖維”。

在頒獎詞中,評委這樣描述他的成就—— “1966年,高錕的一項發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)了光纖應(yīng)用的突破。他精心計算如何通過光導(dǎo)纖維遠(yuǎn)距離傳輸光。用純度極高的玻璃纖維在超過100公里的距離以上將傳輸光信號變成可能,而在上世紀(jì)60年代,普通的纖維只能傳輸光信號20米遠(yuǎn)?！?/p>

孩子式自由

如今居住在美國硅谷,擁有英國和美國雙重國籍的高錕,在很多人眼中卻是一位具有中國情結(jié)的傳統(tǒng)學(xué)者。自1933年出生至小學(xué)時光,高錕是在上海當(dāng)時的法租界度過的,15歲那年隨家人移居香港。之后他考入香港大學(xué),由于當(dāng)時港大還沒有電機(jī)工程系,他只好遠(yuǎn)赴英國進(jìn)修,并在畢業(yè)后進(jìn)入英國ITT公司做工程師。

童年的高錕沉迷化學(xué),家里還有個實驗室,他自己做過滅火筒、焰火、煙花和曬相紙,最危險的一次當(dāng)屬自制“土炸彈”:他發(fā)現(xiàn)易燃物紅磷與氧化劑氯酸鉀二者混合后經(jīng)摩擦就會爆炸,就把這兩種化合物像包餃子般塞進(jìn)濕潤泥球里,待風(fēng)干后,果然一擲出當(dāng)即爆炸!盡管被斥為頑皮且現(xiàn)在看來非常危險,高錕還是認(rèn)為,這是很好的自發(fā)性的體現(xiàn),而這種“孩子式自由”關(guān)系到了他日后的成就。

后來的高錕棄化學(xué)而鉆研上了無線電,年紀(jì)甚小就組裝成了一部有五六個真空管的收音機(jī)。再到后來,1957年,高錕讀博士時進(jìn)入國際電話電報公司(ITT),在其英國子公司標(biāo)準(zhǔn)電話與電纜有限公司任工程師。1960年,他進(jìn)入ITT設(shè)于英國的歐洲中央研究機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)電信實驗有限公司,在那里工作了10年,其職位從研究科學(xué)家升至研究經(jīng)理。正是在這段時期,他成為光纖通訊領(lǐng)域的先驅(qū)。

1964年,他提出在電話網(wǎng)絡(luò)中以光代替電流,以玻璃纖維代替導(dǎo)線。1966年,高錕發(fā)表了一篇題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》的論文,開創(chuàng)性地提出光導(dǎo)纖維在通信上應(yīng)用的基本原理,描述了長程及高信息量光通信所需絕緣性纖維的結(jié)構(gòu)和材料特性。簡單地說,只要解決好玻璃純度和成分等問題,就能夠利用玻璃制作光學(xué)纖維,從而高效傳輸信息。高錕在電磁波導(dǎo)、陶瓷科學(xué)(包括光纖制造)方面獲28項專利。

夢想的堅持

關(guān)于1966年高錕發(fā)表的用玻璃纖維代替銅導(dǎo)線作為信息傳播媒介的理論,當(dāng)時大多數(shù)的材料科學(xué)家都不支持這樣的理論,就連權(quán)威的美國貝爾實驗室也認(rèn)為這是不可能實現(xiàn)的。這一設(shè)想提出之后,有人稱之為匪夷所思,也有人對此大加褒揚(yáng)。但高錕的行為及思想仍保持著孩童時的出人意表,對于自己的科學(xué)信念又極為堅定,誓要改變?nèi)祟惖耐ㄓ嵞Ｊ?。如果不是高錕堅持研究下去的話,那么現(xiàn)代光通訊的歷史以及互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展都有可能被重新改寫。

高錕在2002年接受楊瀾采訪時說,那個時候用玻璃來做導(dǎo)體是一個夢想的計劃,因為大家都不知道玻璃的透明度,玻璃是透明,但還是不完全透明,我們的要求是很精準(zhǔn)的,精度是很高的。因為假使一個訊號在一公里之外就看不見了,那是沒什么用的。一公里是很深的,大西洋最深的地方也就是幾公里的深度。所以在大西洋或者太平洋,你可以一直看到水底或者洋底,那是非常高的透明度,這可能是不能夠達(dá)到的,但從理論上看應(yīng)該沒什么阻礙,是能做得成功的。開始的時候我那一隊只有五六個人在做,大家的想法都是,這是一個很有理想的計劃。

為尋找“沒有雜質(zhì)的玻璃”,高錕費(fèi)盡周折,去了許多玻璃工廠,到過美國的貝爾實驗室及日本、德國,跟人們討論玻璃的制法。后來,他發(fā)明了石英玻璃,制造出世界上第一根高純光導(dǎo)纖維,將玻璃內(nèi)會吸收激光的雜質(zhì)抽除,從此光可傳送萬里,使科學(xué)界大為震驚。

“這個報告最好的一件事情是很徹底地分析用玻璃來做導(dǎo)體這個領(lǐng)域的發(fā)展前途。在發(fā)表的時候,我覺得我們的分析做得非常準(zhǔn)確。到后來,可以說百分之一百都是對的,所以這個我自己覺得很自豪。做好了之后第二步要把它轉(zhuǎn)過來,做成一個真正有效的零件,可以實際運(yùn)用的?！?/p>

在爭論中,高錕的設(shè)想逐步變成現(xiàn)實:利用石英玻璃制成的光纖應(yīng)用越來越廣泛,全世界掀起了一場光纖通信的革命。后來康寧公司、貝爾公司,都向CVD(化學(xué)氣相沉積法)Chemical Vapor Deposition這個方向走,到1980年開始有正式的利用,所以是很漫長的一段路。

高錕過去合作的同事、激光技術(shù)工程師彼得·塞爾韋說,那時候,高錕提出的理論超乎常人的想象。當(dāng)時我們能制成的激光不太好,需要在液態(tài)氮的低溫下利用強(qiáng)大的電流去產(chǎn)生,但只能堅持一段很短的時間,又要再降溫,高錕卻對我說,我需要高一微米,寬一微米的激光,能夠在室溫下持續(xù)上萬小時,我們都覺得他瘋了。

中國工程院院士趙梓森說,有了光纖,你真正要大量地通信有問題,還要有激光器才行。一直到80年代激光器出來了,光通訊馬上就超過了電纜了。90年代后速度越來越高,到了你用不完的程度。沒有他就沒有互聯(lián)網(wǎng),沒有信息時代。他的發(fā)現(xiàn)是通訊技術(shù)的一個重大的革命。

美國在1971年造出第一條可以應(yīng)用的信息傳輸光纖。1988年英國跨洋海底光纜鋪設(shè)成功。繼而光纜傳輸在西方國家開始了快速的發(fā)展。光纜以其大容量、高可靠性、優(yōu)異的傳輸質(zhì)量等優(yōu)勢,在通信領(lǐng)域,尤其是國際通信領(lǐng)域中起到了重要的作用,與衛(wèi)星相比也有更多優(yōu)勢。

2009年上半年,國內(nèi)光纖需求量首次超越美國,成為全球最大的光纖需求國。最新報告數(shù)據(jù)顯示,2009年全球光纖用戶數(shù)增長率將超過32%,今后幾年,光纖用戶還將繼續(xù)以接近30%的速度增長,到2013年,全球光纖連接家庭將達(dá)到1.3億戶。

遲到的諾獎

由于技術(shù)的專利權(quán)是屬于雇用他的公司,發(fā)明“光纖”并沒有給高錕帶來很多財富。從33歲開創(chuàng)“光纖”技術(shù),到43年后獲得諾貝爾獎,對這位老人來說,諾貝爾獎或許是遲來的榮譽(yù),但是,他一生的心血“光導(dǎo)纖維”,卻在此之前,已經(jīng)真實地改變了整個世界。

牛頓發(fā)明微積分之后,在27年里對誰都沒有提起此事;高錕在光學(xué)研究上的成就徹底改變了人類對光的理解,也是過了30年才與世人分享這一成果?？ㄎ牡显S發(fā)現(xiàn)或預(yù)見到了能量守恒定律、歐姆定律、道爾頓的分壓定律、里克特的反比定律、查理的氣體定律和電傳導(dǎo)定律……這個清單可以拉出去很長,但當(dāng)麥克斯韋將這個清單拉出來的時候,他已經(jīng)去世近一個世紀(jì),所有發(fā)現(xiàn)的功勞幾乎都已歸屬他人。

1996年,正是高錕那篇劃時代的論文發(fā)表30年后,中國科學(xué)院紫金山天文臺將一顆國際編號為“3463”的小行星命名為“高錕星”。楊振寧在該星命名典禮上致詞說:“今天以后,我知道每次我和小孫女看夜空的時候,將會告訴她,其中一顆是‘高錕星。我還會對她說,就在那瞬間,數(shù)不清的光纖,正在傳遞著數(shù)不盡的數(shù)位,把人類世界推進(jìn)高速資訊的新紀(jì)元。”

向來重視基礎(chǔ)科學(xué)的諾貝爾獎,鮮有表彰應(yīng)用科學(xué)的成就,但此次高錕的獲獎并沒有讓很多人意外,10多年前他就被公認(rèn)為最有可能獲得諾貝爾獎的華人科學(xué)家。因為光纖的發(fā)明,全球進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時代,高錕改變了歷史。今天,我們發(fā)電子郵件、看高清電視、打網(wǎng)絡(luò)游戲,或是打個費(fèi)用低廉的IP電話,甚至在醫(yī)院里做胃鏡檢查,這些生活里每天發(fā)生的事,都是高錕發(fā)明的光纖所帶來的改變。

香港中文大學(xué)副校長楊綱凱說:在他消息出來不到15分鐘,我給他發(fā)了一個電郵,祝賀他獲得了諾貝爾物理學(xué)獎。高校長說他有點意外,因為他認(rèn)為諾貝爾獎很少給那些做應(yīng)用研究物理學(xué)家的。

成果的隱憂

在高錕獲得諾貝爾物理學(xué)獎之后,他的夫人黃美蕓感嘆:“如果這個獎項早一年給他就好了!”因為今年年初,76歲的高錕,患上了輕微的老年癡呆癥,與外界溝通已有困難。此時正在美國加州修養(yǎng)的高錕,每天都會堅持打網(wǎng)球和散步,每個星期到健康中心鍛煉三次。

日前,高錕教授與太太黃美蕓女士的公開信曝光。“對于昔日的研究成果,Charles(高錕的英文名)深感自豪;對于不期而得的諾貝爾獎,Charles深感興奮。”在公開信上,高錕伉儷對接踵而至的訪問邀約表示感謝,但十分盼望重返平靜生活。

“各界友人對Charles的關(guān)心,我們深表感謝?！痹诠_信中,高錕伉儷坦承患病,雖然感到遺憾,但也表現(xiàn)得十分從容。“可惜阿茲海默癥目前仍是不治之癥,名人如里根、撒切爾夫人,亦不能免”。

“Charles平日打網(wǎng)球,做運(yùn)動,不抽煙,飲食均衡,起居正常,記憶力雖見衰退,仍能自得其樂?！泵鎸Υ蠹业年P(guān)心,高錕伉儷也在公開信上首次作出了正式回應(yīng),希望大家不要擔(dān)心。

“到了現(xiàn)在,你們應(yīng)該都知道,高錕是光纖之父。也正是光纖,使那些真?zhèn)文妗⒘驾积R的資訊得以充斥于互聯(lián)網(wǎng)上,不分畛域,無遠(yuǎn)弗屆。”在信末,這位基礎(chǔ)通訊技術(shù)的奠基者,把自己的這項成果給社會帶來的隱憂作為諾貝爾獎感言的結(jié)語。