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理论物理界的“美丽仙女”

2016-08-22 15:09:08 来源:光明日报 我有话说
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  沙依甫加马力·达吾来提 资料照片

  如果不是有人介绍,眼前这位衣着朴素、面带微笑的中年女性是沙依甫加马力·达吾来提,我真不敢相信,一位连摘世界理论物理三项桂冠的人,竟然这样普通。

  沙依甫加马力·达吾来提,新疆大学物理学院教授、理论物理中心主任。在维吾尔语里,她名字的意思是“美丽的仙女”。

  “我从小身体不好,父母不让我干活,只让我学习。1985年我从新疆最偏远的和田地区策勒县考入新疆大学时,心中最大的梦想就是毕业后,回家乡当一名物理老师。”

  让人没有想到的是,这位曾经只想当一名中学物理老师的人,如今却成为世界理论物理界最耀眼的新星。

  攀登高峰

  德国波恩大学,世界理论物理研究的三大中心之一,1995年秋天迎来了一位新疆大学毕业的维吾尔族女生。

  硕士研究生毕业后,在导师查朝征教授的安排下,沙依甫加马力·达吾来提又在意大利国际理论物理中心高能物理所,重读了一年硕士学位课程。来德国波恩大学物理研究所,是为了在世界著名理论物理学家奈姆的指导下,完成博士论文。

  二战后,许多国家投入大量的人力物力研究微观世界、基本粒子。经过一代又一代科学家的不断探索,人类对基本粒子的认识最终归结为:所有的基本粒子都有弦状的结构。这就是超弦理论,它的数学物理理论基础就是共形场论。

  共形场论中有一个难题,多年来困扰着国际理论物理学界,那就是“二维结晶图式轨流形上中心荷为2的么正共形场的分类”。这个题目听起来就十分艰深、生涩。法国著名理论物理学家Verlinde兄弟和Dijkgraaf曾试图解决,但是由于这个问题实在很难,最后他们只给出一个猜想。

  沙依甫加马力·达吾来提的博士论文就选了这个题目。20多年来,这个题目吸引了世界各地众多理论物理学者的极大关注。

  听说沙依甫加马力·达吾来提选择了这个题目,中科院理论物理研究所的老师们摇了头,许多专家学者对她能否完成这一课题抱怀疑态度。

  沙依甫加马力·达吾来提却不信这个邪,她一头埋进工作室,全身心地投入到研究中。

  每天早晨,沙依甫加马力·达吾来提总是第一个走进工作室。到了晚上,她又是最后一个离开。波恩是个什么样子,两年来她竟然从没留意过。

  一次,丈夫要到波恩陪沙依甫加马力·达吾来提,她告诉丈夫吐尔洪,多带一些长袖衣服。让吐尔洪没想到的是,他一下飞机就发现,波恩当时早已进入夏天,天气很热,街上的人都穿着短袖衣服。妻子怎么要多带一些长袖衣服呢?

  后来,吐尔洪才明白,沙依甫加马力·达吾来提每天早出晚归,根本不知道波恩的天气。她天天在工作室里工作,没感觉到室外是个什么温度。

  超强度的工作让沙依甫加马力·达吾来提承受着巨大的压力,一头秀发大把大把地掉,床头和洗脸盆里,每天都有她掉下的头发。

  更让吐尔洪心疼的是,沙依甫加马力·达吾来提由于专心工作,每天只吃面包、香蕉、苹果和牛奶,其他什么也吃不到。丈夫问她怎么不吃菜?她的回答是:没时间。再说也不知道几点了,饿了就随便吃点。

  在传统的维吾尔族习俗中,男人是不做家务的,更别说做饭这样的事。但吐尔洪在波恩期间却成为一位“全职丈夫”,每天想着法子给妻子做些可口的饭菜,监督着她吃下去。

  在论文写作后期,沙依甫加马力·达吾来提在新疆大学的导师查朝征教授也来到波恩大学。奈姆教授将一批资料交给查朝征教授,希望他能帮沙依甫加马力·达吾来提做些工作。

  查朝征回忆说,我整理了一个星期,还没有整理完。有一天,她突然狠敲我的房门,闯进来就大声喊:老师,题目我解出来了。那一刻,我就明白,沙依甫成功了。

  两年时间,沙依甫加马力·达吾来提终于证明,Verlinde兄弟和Dijkgraaf当初提出的猜想是错误的,并给出了正确的解,还严格证明了这个正确解。

  德国著名理论物理学家奈姆评论说:“一些专家试图将这些理论分类,但是由于问题出乎意料的复杂性,没有能坚持解决,所以沙依甫加马力·达吾来提的结果是前进了重要的一步,解决了多个研究组长期以来所关心的著名的问题。”

  德国弗鲁姆教授评论沙依甫加马力·达吾来提的论文“将成为一篇标准的参考文献。”

  连克难关

  带着攻克第一座世界理论物理难关的喜悦,沙依甫加马力·达吾来提在恩师查朝征的帮助下,来到中科院高能物理所博士后工作站工作。

  查朝征教授认为,沙依甫加马力·达吾来提以前的研究方向偏数学,应多做些物理,尤其是粒子物理唯象方面的工作。所以,她把眼光瞄准了论证“标量阿哈诺罗夫效应和阿哈诺罗夫—开什尔效应是整体电动力学效应”方向。

  电动力学有两大块:局域电动力学和整体电动力学。人类前两个世纪就是用的局域电动力。整体电动力学到二十世纪才开始建立,出现了一些整体电动力学的实验结果。然而,一些物理学家对一些整体电动力学的实验结果不认可,他们认为局域电动力学就可以说明这些现象。

  美国物理学家Lipkin和Peshkin在1995年持这样论点的论文发表以后,整体电动力学的发展就出现了万马齐喑的局面,发展停顿下来。沙依甫加马力·达吾来提要做的工作,就是用统一的思想来描述整体电动力学,结束理论混乱的局面。

  经过不懈的努力,沙依甫加马力·达吾来提和她的学生马凯终于在2012年否定了这些物理学家的错误论述。

  当沙依甫加马力·达吾来提将写好的论文投到世界顶级物理学报《物理评论快报》时,编辑部给她的回复是:这早有定论,退稿。

  沙依甫加马力·达吾来提不为权威所动,将计算结果原原本本寄往编辑部,据理力争。说明权威们的结果不是现代物理学界认可的相对论量子电动力学的结论,而是非相对论的,因此得出的结论是错误的。她用相对论电动力学严格论证了这些实验结果确实是整体电动力学现象。

  沙依甫加马力·达吾来提严谨的计算,正确的研究,最终打动了《物理评论快报》的编辑们。最后编辑部给她来函表示:她的结果很重要,他们决定把论文刊登在《物理评论快报》发表重要论文的快报栏,也就是世界顶级物理学报的重要论文栏内,并建议把这作为科学新闻在媒体上报道。

  局域电动力学在现代文明中所创造的伟大作用,预计着整体电动力学在人类文明史上也将产生同样重要的作用,这有可能成为人类创造新的文明的基础。这是沙依甫加马力·达吾来提攻克的第二座世界理论物理高峰。

  欧洲建设核子大对撞机,就是想通过粒子间的碰撞来了解基本粒子的构造和动力学。然而要做这样的实验,以及对基本粒子作一些理论研究,首先要知道基本粒子内部的组成——部分子是怎样分布的。所以描述部分子分布函数,就成为粒子物理学理论和实验不可或缺的原始资料。

  目前,世界上主要有三家研究机构从事这方面的研究,其中最重要的就是美国密歇根大学研究小组。由于沙依甫加马力·达吾来提在理论物理研究上的突出成就,数年前,她就加入到这个小组,成为这个小组多篇论文的第一作者。

  他们撰写的关于部分子分布函数的论文投到美国《物理评论D》杂志后。学刊编委来函说:“你的论文很重要,很有意义,我们将把它列为推荐论文,在网上予以介绍,向你表示祝贺。”这让沙依甫加马力·达吾来提第三次站在了世界理论物理的高峰。

  赤子之心

  风筝飞得再高,它的线永远在人手里。

  沙依甫加马力·达吾来提在理论物理研究方面取得了瞩目的成就,走在了世界理论物理研究的前沿,但她却对养育自己的祖国,培养自己的新疆,怀着一颗赤子之心。

  “我到美国交换学习后,美国方面强烈挽留我留下来工作。查朝征老师听说后告诉我:你赶快回来。我培养你是为国家服务的,是为少数民族同胞树立榜样的,不是让你去国外的。放下电话,我马不停蹄地就回到了国内,回到了新疆大学。”

  陪伴她多年的丈夫吐尔洪看着自己心爱的妻子说:“我以前对科学家搞研究不太明白,现在才算弄懂。他们没日没夜地工作,只要是进入研究了,吃饭睡觉都不正常,太苦了。”

  正是这种苦,让沙依甫加马力·达吾来提取得了一项又一项的研究成果:在高能物理唯象理论、非对易物理、共形场论方面共发表论文45篇。其中SCI收录的论文33篇,国外核心SCI期刊上的有20篇。

  但有谁想到,这样一位站在世界理论物理研究高峰的科学家,26年前刚上新疆大学硕士研究生时,别说高等数学,就是汉语也只是在大学预科期间学了一年,英语更是没有一点接触。

  说起那段经历,沙依甫加马力·达吾来提笑了——

  “第一门课就是高等量子力学,老师采用的是英语原版教材,当时我们还没有学过英语,同时要在英语和量子力学两方面学习,困难很大。专业课基本上都是高等数学和高能物理学,不仅要面对专业基础知识的不足,还有汉语和英语听课。说句实话,当时我真有点上不下去了。”

  查朝征教授每天为她们补课到夜里十一二点,坚持了四年,才让沙依甫加马力·达吾来提顺利完成了硕士研究生的课程。

  如今,沙依甫加马力·达吾来提早已回到新疆大学工作,她教的民族学生班的量子力学考研成绩始终最突出,已经培养了20名硕士研究生。其中有9位分别考上了浙江大学、中南大学、北师大的博士研究生。在她指导下完成的多篇硕士研究生论文,刊登在美国顶级学术期刊上。

  从一个普通的维吾尔族大学生,成长为一名优秀的世界级理论物理学家,沙依甫加马力·达吾来提经过了20多年的努力。20多年很漫长,其实也很短暂。我们相信,沙依甫加马力·达吾来提会在理论物理的道路上开创更大的辉煌。(本报记者王 瑟)

[责任编辑:潘兴彪]
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