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別人有的我們也要有! 大三學生搞科研,睡大覺,醒來得張大喜報

1956 年復旦研製成了中國首台摸擬計算機,運算速度可達每秒一萬次,引起全國轟動(當今,半粒芝蔴大小的集成模組即可完成)。為提高計算機性能,急需大量觸發器。當時還沒半導體晶體管,用兩個孿生電子三極管加些電阻、電容等組成,體積比手掌大,是現在手機的五、六倍。到 58 年底,一千零七十萬噸鋼煉出來了,糧食萬斤時有所聞……。國人思想開始解放,常用的口頭語變為:人有多大膽,地有多大產;不怕做不到,就怕想不到。別人有的,我們也要有!

大學生當工人用,顯然沒跟上形勢:「人材」浪費了!不過,這「材」的最大特點是一窮二白,學了點基礎課,既無專業知識,更無研究經驗,是一張白紙。唯一的優點是可畫「最好最美」的圖畫,可立馬能派上用場麼?

就這樣,我被分進物理系的微波實驗室。微波是波長較短的電磁波,音頻廣播用的是波長長於百公尺的電磁波,電視廣播用波長為數公尺的電磁波,而微波是指波長從數十公分到數毫米的電磁波;更短的便是亞毫米波、遠紅外光波、紅外光波、可見光、紫外光、X-光……以及從原子,核子內發出的波長更短的射線。

二次大戰中,為了能準確探測到來襲敵機,各國競相研究微波雷達,工作波長越來越短,檢測靈敏度越來越高,技術突飛猛進,令物理學界,特別是原子、分子物理學家蠢蠢欲動。他們覺得本領域的財富大門已經打開,能不能「發財」,就看你積累的認知與技藝,甚至看你的運氣了。

然而,國內的大學裏,儘管收集了一些微波器件(大都是多餘的二戰戰備物資),可極缺原子、分子微波波譜物理學家,北京大學有,復旦沒有。實驗室讓學生看看摸摸微波元器件,見見世面、玩玩微波可以,可要作研究,還沒門兒。而物理學家面臨的新興電子技術鴻溝,深逾萬丈,很難逾越。

一日,實驗室主任何老師拿了一本俄文雜誌,打開其中一頁對我說:「這篇文章你讀一讀,它介紹一種控制、穩定速調管(一種產生微波段電磁波的器件)頻率的方法,有電路圖,我們可照著裝一個,這對研究自由基磁共振,提高 DPPH 的檢測靈敏度非常重要。北大也在搞!」

因對自由基、DPPH 毫無知曉,話只聽懂了一半;但抓住了兩個要點:有電子線路圖,北大也在搞!似乎是一樁很適合我這半吊子水準的人幹的差事。

建國後,國家求賢若渴,從國外請來大量專家、學者作參謀、指導,對如何跟上國外潮流已心裡有數。老師這一舉動,定已得某些高人指點,也可能屬國家選定的攻關項目。再加上對大躍進精神的理解,我爽快地接下了這有生以來的第一個「研究」任務。確實,在當時能不能做出來是小事,敢不敢去做才是關係到個人素質和覺悟的頭等大事!

既然是研究任務,當然與工廠勞動不同,一切得由你自己搞定。文獻應該去查查,但學的是俄語,只讀課本,不會查文獻,好在老師給了有電路圖的文章。它像是趕鴨子上高坡用的架子,只能上沒法下,餘下得看你這只鴨子自己的折騰了。不過對一個「窮白」兼備的學生,並不構成壓力;再加上幾許不懂事的年少輕狂,喜孜孜地開「研」了。

老師指定一位高我一級的同學做「小」老師,該級的稱謂有點特色:在姓後加「蠢」,叫喚公認的較聰敏的同學,小老師必是「蠢」字輩。從稱呼上很易接近,故可頻繁請教。

後來才知道,全世界都在研究這個 DPPH,因為它可以像雷達探測飛機那般,檢測出人體內極微弱的早期惡性病變信號,贏得治療時間。現今醫院裡的順磁共振質譜儀(MIR)是測各種病變發出的極微弱的 DPPH 信號,從而得知你是否患上了某種疾病。從開始研究到成為一種有效的檢測儀器,整整花了一個甲子 —— 六十年。許多人為它奉獻畢生精力甚至生命,而它也使許多人獲得重生,並大大地延長了人類的壽命。

為什麼要把速調管頻率控制穩定起來?因為人體內的早期惡性病變信號極其微弱,且只對某一微波頻率作出反應。為此,被檢測的樣本須置於微波共振腔內,從而降低對探測波束的功率需求;從實用層面講,如能將速調管頻率自動鎖定在共振腔上,尋找時就能得心應手、事半功倍。這樣,樣品腔穩定速調管頻率的自控系統就成了 DPPH 研究的首個無法繞開的欄路虎。當時無法從國外購得,只能自行研究(裝配)解決。

按圖索驥,領得所需的電阻、電容、電子管等元器件,不久就焊好電路。調試略難,但也不算過份,因牽涉面很小,多換元件多嘗試,問題總可解決。

隨著「大躍進」向深廣層面發展,電力短缺浮上枱面,實驗室經常停電;有的人稱其為拉閘,說這是「讓路」、「丟車保帥」。被丟的「車」可幹點什麼?開始比較老實,乾等;後來什麼都幹,看書,寫東西,外出健身。遇到晚上停電,可趁機去食堂宵夜(甜饅頭美味極了),或找本厚書墊頭,鑽到枱子下面睡一覺;也可回宿舍睡覺,明天天不亮就回來「趕工」。總之,想盡辦法,調動一切積極因素,避開停電,與時間賽跑。

不久,各個分部件完工,系統進入總調。由於聯接、預熱要較長時間,停電、拉閘更顯得可怕,一天的有效工作時間被削減許多。更要命的是對整個系統的工作原理一竅不通,且盲目輕敵:認為各分部件工作正常,還會有多少困難?

系統的理想工作狀態是:速調管的振盪頻率被樣品腔「鎖定」,即:無論怎樣調動樣品腔,速調管永遠發出頻率能與腔體共振的電磁波。

然而事與願違。儘管各分部件工作正常,可一一將它們聯起來(技術上稱之為「閉環」),但速調管就像給人踢了一腳,竄跳出工作區域,在某處將系統斷開(「開環」)。檢查各分部件,均工作正常;採用不同的閉環程式,結果都一樣,速調管輸出的電磁波頻率,與樣品腔毫不相干。

後來才知道,憑藉學過的幾門課,加上裝調過幾只放大器、振盪器這點電路實踐經驗,是無法認知當時面對的困境的。我要建立的系統已越出了電子學的範疇,進入了另一個嶄新的自動控制系統領域。這是一門新發展起來的邊緣學科,物理系無人問津,學校裏更無新設的相應系科。即便在國外,相關系統的理論研究也並未完善。當時的蘇聯,對電子振盪理論的研究較為深入,但未擴展至自控系統。那時有位蘇聯專家在成都電信工程學院開講相應的課程,全國高校都派老師去進修。從流傳出來的講義可以看出,專家對自控系統閉環運作圖像,還缺乏深入瞭解,更沒有建立起相應的理論模式。美國當時的水準如何?說出來可能你不信,亦大致如此。

這一時段,工作原地踏步,停滯不前,就在這心灰意冷之時,想到自己知識淺薄,少見寡聞,恐不是塊搞「研究」的料子。而覓師無門,難獲指教,要想短期內成功,比登天還難!

在這束手無策之時,想到自己常哼的兩句歌詞:「困難雖有九十九,就怕一雙勞動的手!」以及報上常見的字眼:「實踐出真知」、「竅門對你笑,看你找不找。」等,取「瞎貓碰死老鼠」的笨辦法,邊實驗,邊思考,藉以摸清系統工作原理。老師也收集資訊,給予説明。

奇蹟意外降臨

實驗室突然停電,依據積習,拉掉某些部件間聯線,操起早備好的字典,鑽倒枱下,仰天而睡。

不知過了多久,耳邊聽得「嗡嗡」聲起。來電了!一嗗嚕爬起,回到實驗枱,一邊注意速調管工作狀態,一邊將聯線一根根地聯起來。聯到最後一根,速調管啪地一腳被踢了出去;斷開此線,速調管回到原狀態。怎麼回事兒?這根線具有魔力!四周寂靜,斷然無人出手相助,難道有神仙施術幫我?檢查速調管的運行狀態,發現其頻率已被樣品腔「鎖定」,即不聯這根線,系統正常工作了!

這是根聯結速調管反射極與示波器的線,目的是觀察相關波形。它對系統有如此神秘巨大的作用,始料未及且無法理喻。經長久摸索,發現此線的作用等同於一個特定容量的電容器!

幾年後,隨著自控系統理論的發展、完善,相應知識的普及,得知自控系統中有一個不可或缺的「校正網路」,它位元在自控訊號輸出處與被控物件之間,是保證系統穩定工作並獲得最佳性能的關鍵部件。當然,這是經若干年,讀了一許書藉文獻後的理論認知。對於當時的我,找到了在某處加(減)電容而使自控系統處於最佳工作狀態的方法,不可能將它提高到「校正網路」的理論水準,更不會用數學模式加以分析;但它很實用,可解決實際遇到的問題。

大紅喜報

300 號實驗大樓的 U 型樓梯轉折處,貼出大紅喜報:「熱烈祝賀某某某研製的三公分微波速調管樣品腔穩頻系統獲得成功!」

看著這「喜報」,腦袋裡像炸了鍋似的:這麼快就「成功」?以前看上去高深莫測的「研究」,就在枱子下一睡,醒過來就成功了?「科學研究」就這麼簡單且充滿喜劇性?

想了很久,道不出個所以然,最後歸結到那一條創造奇蹟的線。

人生中往往會遇到許多偶然突發而左右一生的事件,最常見的是邂逅而結為夫妻,養兒育女,相伴終生的婚姻大事,故有「千里姻緣一線牽」之說。我在學生時遇上的這條線,使我較早地成了這方面的「裡手」,並因此而接觸到大量相似的工作,既沒有改行、充值的苦惱,也沒有頻繁找工作的必要。比起「學好數理化,走遍天下都不怕。」我這更簡單,更好使,「手揣寶線,全球吃遍!」

是不是我特別命大、幸運?說對和不對都沒錯。對,是因為我碰上了;說不對,因為國家和社會,特別是總路線深入人心,從物質和思想上做好了準備,創造了條件,總有人會碰上這檔子事兒,不是我,就是你。

大至國家,小到個人,時不時得壓壓擔子、冒冒險。碰上是賺,沒碰上也可學點東西。

當時中國極度貧困落後,萬事只能量力而行。可阻礙發展的根本因素是國人的自卑,「東亞病夫」的帽子還沒徹底摘除,朝鮮三八線上的停戰協議所花的代價,表明科學技術的極端落後。但更可怕的是絕大部分知識份子和技術人員的精神狀態:人家在前面已幹了幾十、上百年了,我們能做出新東西來嗎?想辦法去搞點人家的舊貨吧,白手起家,吃力又花錢,不合算!

這是一個很嚴肅的社會問題。

53 年提出「知識就是力量」,58 年「大躍進」時有「不怕做不到,就怕想不到」的口號,以及錢學森先生從能量轉換規律、水稻可畝產十萬斤的估算的發表,目的是要打破國人自卑感,樹立起敢想、敢幹、敢拼、敢勝的新風。這樣就可發揮「人多力量大」的優勢,使落後的中國「動」起來,在較短時間內擠入行進中的世界。

一般人不理解為啥要這麼幹,將它列為浮誇、狂熱……可領導人看出了問題的癥結:中國要發展,首先得消除無所作為的自卑感,讓整個社會動起來。當然缺點是有的:火候沒控制好,不少地方過頭了。但要進行這麼一場宏大的、億萬人參與的、史無前例的革命,把準火候,談何容易。我們不能要求樣樣事都十全十美,恰到好處;能大致把準全國的脈博並開出可行良方的醫生,算不上神醫,也是個千年難遇的醫聖了吧!

新中國成立至今七十年,人民生活極大改善,國力成倍翻番,國際聲望大幅提高,要是沒有開國初期這些腦殼子裏邊的革命,能行,能做到嗎?