Georg Bednorz是1987年諾貝爾物理學獎得主。他同Alex Miller獨闢蹊徑，從金屬氧化物陶瓷中找到了高溫超導體，發現La-Ba-Cu-0系統中存在著臨界溫度高達35K的超導電性，掀起了一個超導研究熱潮。
在2019年林道會議上，他從自己的科研經歷來談科研事業規劃。本文為「賽先生」根據Georg Bednorz的演講整理所得。
演講 | Georg Bednorz
整理 | 金斯基
編輯 | 一塊肉餅
聽一場鼓舞人心的演講，比尋求專業建議更重要。因為這些建議可能是在當事人立場上所能給出的最好建議，告訴你怎麼做比較妥當。聽聽別人的人生故事，了解他們如何決策，又承擔了何種風險，可能對於追求你的個人事業而言更有借鑑意義。Laura Sprechmann（諾貝爾媒體執行CEO）
今天，讓我們來談談關於科研事業的規劃，談談夢想是否能夠照進現實。科研道路暢通無阻，就像坐上人生直通車的科學家，其實非常非常罕見。通常情況下，我們的早期生涯會經歷多次變故：令人歡欣鼓舞的是，在尋找合適的課題方向時，即使在那些早已建立的科學領域中，毫無偏見、不走常規路的思想往往會引發巨大的改變，產生強烈的影響。今天在這裡我想和大家分享一下我的個人經歷，我的個人科研事業，幾件我生命中的重要事件和幾個決定性時刻——是它們最終讓我走向成功。
我想先講一講進入大學享受「自由」之前的經歷。在漫長的中學學習期間，首先，我獲得了對科學的興趣和激情。這來自我的化學老師，而非物理老師。因為在高中的時候，我幾乎不怎麼學習物理。然後是創造的慾望。我喜歡做實驗，有時候會得到令人意外的結果。這其實也受到了老師的鼓勵。我覺得這是非常重要的經歷，因此我滿心期待地開始學習化學。
然而，第一學年的專業課簡直是一塌糊塗，讓我從幻想的天空狠狠地墜入現實的地面。這是為什麼？我第一年考試就掛科了。所以，我決定找些不同的事情做。
科學始終是我的目標，但我接下來做什麼呢？就在我四處尋找下一個目標時，我找到一所小型學院，那裡有老師在教礦物學。我感到很好奇，礦物學是什麼？隨後我了解到，礦物學分為兩大學科，其中一個學科是地質學，另一個是晶體學。晶體學就是我在尋找的目標。晶體學中有化學的部分，但其中更多的內容是物理學家在研究的東西，而晶體學所教授的物理則是大部分化學家在研究的東西。如此一來，我多多少少又繞回了化學，順帶加上一點兒物理。
我當時非常享受野外調查。請看這張照片，中間那個人就是我，睜大雙眼，在採石場一大堆亂石中尋寶。在這張照片中的那個姑娘後來就成了我妻子。（圖源：Bednorz演講PPT）
我們當時很喜歡地質學和野外考察，同時研究化學和物理。有時候，我們還會毫無畏懼地潛入黑暗深處進行勘探，在幽暗的煤礦裡面探險一整天。同一時間研究物理、化學和地質學，確實充滿樂趣。
「不要一直只走那條每個人都踏過的陽關大道，偶爾也要偏離一下軌跡，進入森林探險一番。」亞歷山大·格拉漢姆·貝爾（Alexander Graham Bell）的話給了我許多啟發。雖然我並不認識他本人。但顯然的是，聽從他的話並做出行動，是一個正確的決定。
我運氣不錯，在學習了兩年的晶體學之後，就得到了出國進修的機會。我到了瑞士，加入位於蘇黎世的IBM研究實驗室。從明斯特的Aasee湖到瑞士的蘇黎世湖，我的眼界在不斷拓寬。拓寬視野，在新的國家、新的環境開始新的冒險，並進入現實的產業進行研究。
（圖源：Bednorz演講PPT）
這張照片是IBM在蘇黎世的研究實驗室全貌，中間灰色的建築就是我在1972年見到的實驗室最初的樣子，周圍的建築是後來幾年陸續建造的。這是一個相當了不起的實驗室，當時物理部門的主任Alex Miller在1963年就加入了實驗室，比我早了10年。IBM實驗室的物理部門主要從事基礎研究，為基礎領域製造高質量的科研成果，這對IBM的商業活動相當重要。Miller引入了鈣鈦礦結構，在未來的實驗研發和個人發展中發揮了重要作用。
當時還是暑期學生的我簡直進入了物理學的金礦。我在那裡研究氧化物的物理和化學屬性。很快，我就被安排控制一台強力生成機，來操控晶體的生長過程。這台機器性能強勁，能夠用非常高的溫度熔融氧化物。要熔融氧化物，需要用到鉑金製成的鉗鍋。它們非常非常昂貴。
我有一次心太急，溫度調得太高了，結果不但熔融了氧化物粉末，連帶鉑金鉗鍋一起熔掉了。我以為這下完蛋了。這些材料真的很貴，一個鉑金鉗鍋估計要一萬美金。當時真的算是一場災難。但幸運的是，我的老闆在我之前已經熔掉兩隻鉗鍋了。他比我還心急，想趕在休息之前趕緊開始熔融過程，好去喝咖啡。他毀掉了兩隻鍋，結果也沒法繼續做下去了。
我很快就融入了實驗室大家庭的生活，並且完全接受了實驗室文化和精神。在加入實驗室的幾周內，我就和眾人打成了一片。但是三個月以後，我又要離開了。回到明斯特大學之後，我一直想著如何能夠繼續和他們互動。幸運的是，一年之後，我又接到了另一個項目的邀請。他們問我是否還願意繼續在那裡做實驗，完成我的畢業論文。
這段時光非常開心，但是又突然結束了——因為六個月之後，我收到了移民局的通知，說我續留3個月的申請被拒了，並要求我最晚在1975年1月22日之前離開瑞士境內。所以我最後回到了明斯特，完成碩士論文。
與此同時，我未來的導師邀請我去他那裡做博士研究。所以我沒有回到IBM研究實驗室，而是去了蘇黎世理工大學（ETH）的固態物理實驗室。IBM的實驗室對我在ETH進行的研究也非常感興趣。
當時，有一位年輕的研究人員Gerd Binning產生了一個想法，他想將鈦酸鍶（SrTiO3，鈣鈦礦的一種）和鈮結合在一起使用。鈦酸鍶是一種低溫超導體，轉變溫度（Tc）只有0.3K。我們能用它來增加載流密度，得到更高的轉變溫度。這就是我和超導體的第一次相遇。
我們在加入了鈮的SrTiO3中，將轉變溫度提升到了1.2K。但實際上這沒什麼用處，因此我和Gerd都感到很失望。於是Gerd轉去研究如今稱作「掃描隧道顯微鏡」（STM）的項目了。
H. Rohrer和G. Binning（圖源：Bednorz演講PPT）
1982年，我成為了一名IBM研究員，研究濺射沉積對氧化物薄膜產生的影響。我的一位領導想出了一個很棒的主意，讓我們將掃描隧道顯微鏡和沉積過程結合起來，研究薄膜的早期形成過程。如今這已經成為了標準化流程，很多人都這麼操作。但在當時掃描隧道顯微鏡還不是分析工具，仍然處在研發階段。所以領導對我們的項目不太滿意。我自己對這個項目也不太滿意。
在這種狀況下，我內心很沒有安全感，因此四處打探，尋找其他的研究項目。這時Alex Miller找到了我。當時他已經做了一些關於超導性的研究，他問我願不願意加入他的團隊，一起研究氧化物的高溫超導性。
加入Alex的新項目之後，情況就有所改善了。讓我大受鼓舞的有兩件事。其一，我能夠和Binning一起進行鈦酸鍶超導性的研究。其二，一位理論物理學家Tony Schneider帶來了新的研究結果。他發現，在高壓下金屬可以制氫，並且具有超導性，溫度甚至能達到200K。但是條件是必須達到非常高的壓力。
Tc的變化情況（圖源：Bednorz演講PPT）
在這張圖上，你可以看到該研究的發展過程，Tc是如何隨著金屬和時間而變化。但是到了70年代，不知為何，研究停滯不前了。大家都覺得超導性這個領域沒什麼很大的研究前景。
美國物理學家Bernd Matthias在超導方面的研究工作沒給我們多大的鼓勵，即便他是一位優秀的研究員，在超導領域作出很多了不起的發現。但是他說：「提高超導轉變溫度，是超導現實世界的精神鴉片。我認為Tc不會超過21K-23K。各種理論猜測不過是科學鴉片。它讓科學家成癮、產生幻覺、相互閱讀他人的荒唐研究，一切不過是過眼雲煙。」
但Alex和我有著共同的夢想，我們決定組建一支團隊，踏上了一條通向未知的冒險之路。高溫超導性就是我們的夢想。它其實是一個建立在Jahn-Teller效應上的、非常簡單的模型。我們推測，有些材料中存在電子傳輸，比如鈣鈦礦氧化物。它由鋰氧八面體構成，中間有一個變化的金屬鋰。在這些材料中，當電子從一個位置傳輸到另一個位置時，會呈現出晶格的振動。因此我們希望在金屬氧化物中看到這樣的效果，並且選用了金屬鎳和銅作為研究材料。
但在3年多的時間內，我們沒有取得任何成功。隨著時間的推移，懷疑和失望的情緒不斷增加。我在去圖書館查閱和研究相關的報告時，找到了一篇文章。這裡我想先引用一句維他命C發現者Szent-Gyorgyi的話。他將科學發現的誕生描述為：「發現就是看到大家都看得到的東西，卻從不同的角度去思考。發現就是一場意外，只青睞準備好的頭腦。」這跟發生在我身上的情況如出一轍，我確實需要運氣。
話說回來，我在圖書館翻閱文獻時，找到的文章中提到了一種化合物。它很像鈣鈦礦，唯一的不同就是位於八面體核心的是銅（BaLa4Cu5O13.4）。文章中還提到，改變Ba/La比例將會改變八面體中心的價電子，從而改變八面體的Jahn-Teller效應。如果我們也能做到這一點，那麼我們應該可以看到電子-聲子相互作用的增加——這也是經典超導體的運作機制。
三年後，正值超導發現75周年之際，突破終於出現了——我們能夠將Tc提高50%以上，從23K增加到了35-40K。我們所使用的層狀化合物和鈣鈦礦相關，並表現出了邁斯納效應（Meisser Effect）。這一突破引發了全世界的狂歡，我們終於發現了高於液氮溫度的超導性。這份「配方」的關鍵部分則是來自鈣鈦礦的銅氧化物多面體。我們不斷改進已知的結構，使得材料發揮作用。我也很希望這項研究很快能對我們的日常生活產生影響。
最後我想用德國化學家萊比錫的話來總結：許多科學和技術的發明發現，都是由那些認為「萬事皆有可能」的人完成的。我在科研之路中學到的東西源自學生時代。在科研生涯最開始的時候，我觀察到了技術的障礙和限制，從中獲得靈感，從不同的角度思考，不走常規路。
（圖源：unsplash.com）
提問環節
問：非常感謝您的演講，您最後的一段話非常鼓舞人心。30多年前您獲得了諾貝爾獎，假設我們回到40多年，面對當時的您，您會跟他講什麼？
答：如果你失敗了、犯錯了，不要放棄。我在科研生涯中犯過很多錯誤。但我會說，要從錯誤中吸取教訓。分析你的錯誤，試圖從錯誤的實驗中提取出有用的信息。錯誤會讓你更進一步。
問：對於那些在備受爭議的科研領域裡面做研究的人，您有什麼建議？
答：爭議是一個正常的過程，科學討論是一件公平的事情，任何討論和批評都應該被接受。在這個過程中，我們做研究，向同行乃至是競爭對手展示我們的研究。自然規律是非常公正的裁判。如果我們做的實驗是正確的，給出了正確的闡釋，自然就會告訴我們：你們是對的。這不是任何雜誌期刊能作出的裁決。所以如果你是對的，你的研究是對的，你就能作出成果，取得成功。
問：不因循守舊，不走常規路是一方面，但是您如何寫申請，獲得基金來支持您實現那些不合常規的想法呢？
答：首先，我想說的是，當我和Alex開始這個研究項目時，我們達成了一個共識：不把這項研究告訴任何人。因為我們擔心公開會讓我們倆作為嚴謹科學家的名聲受損，因為我們的想法太瘋狂了。我們的情況比較走運，因為Miller是IBM的研究員，有充足的基金來研究他想研究的東西。而我當時是初級研究員，有自己的基礎項目，腳跟站得還是非常穩的。
另一個走運的地方是，我們的氧化物材料和研究設備都很齊全。所以我們只需要很少的錢來推進研究。有時候，你要想辦法撥出時間來測試新的想法，這是有風險的。你要想清楚你會有浪費時間的風險，在現實研究中就是當你的想法無法實現，那就是浪費時間、一無所獲。這就是試錯的問題。
問：您是在什麼時候產生科研夢想的？
答：這個夢想最初來自我做暑期學生的時候。當時我的知識水平和經驗都很有限，卻能夠有機會與一些已經有一定學術經驗的人站在同一水平上。我第一次成功生長的晶體是鈮酸鋰，為此我感到非常自豪。我意識到，這就是專業實驗室10年前的產品。然後我在另一個實驗中用的方法，是別人5年前用到的。因此我感到很自信：總有一天，我會成為第一個開發某一方法的人。幸運的是，我的夢想確實實現了。
問：改變自己的研究課題，或者來回切換研究方向是否是正確的做法呢？
答：探索不確定的道路只占用了我的一部分時間。我當時有自己的基礎研究項目要完成。我所面臨的風險是，如果我們的冒險最終沒有成功，那就是在浪費時間。因此我並不建議來回切換課題。
問：您曾經考慮過其他的研究計劃嗎？
答：有。1968年到1969年之間，我曾考慮過這個問題。那時候我們只是一個小實驗室，面臨著來自大洋對岸的壓力。有同事非常擔心，我們的實驗室會被關閉。只要我能繼續做研究，不管多久，我就會做下去。如果一切都是錯誤的，那我還有自信和能力去開家餐館當廚子。
問：在民營企業展開基礎研究的未來如何？
答：基礎研究的數量的確在明顯減少。甚至是IBM，他們的基礎實驗室也在減少。而且研究所面臨的負擔還有資金來源，比如有些項目需要歐盟政府的支持等等。研究的課題也在改變。就物理這一領域來說，課題項目在縮減，人們會更加關注設備器件的應用。IBM公司對器件的需求也在減少。他們在嘗試新的方法，比如量子計算。我並不知道它的未來會如何發展，但這的確是目前一個比較強勢的方向。超導以前也是強勢的研究方向，歷史上有超導轉換器的項目讓公司投資了上百萬美元，後來因為技術問題結束了研究。也許基礎研究方面還會有其他的項目出現，但是未來會越來越側重應用方面。
文章頭圖及封面圖片來源：Volker Steger/UC Davis