卢庆彬:在学术界当了25年“少数派”,他一次次挑战权威(上)

卢庆彬第一次成为“少数派”,是在1999年。

那年他34岁,在被誉为“公立常春藤大学”的美国罗格斯大学从事博士后研究。当年,他在《物理评论快报》(PRL)和《化学物理学报》(JCP)上分别发表了一篇论文,然而这两篇论文给他招来的质疑,远远多于为他赢得的赞誉——假如真有赞誉的话。

起初,美国、法国、德国的科研同行都无法复现他的成果。但在2000年初,卢庆彬离开罗格斯大学后,其导师雇佣了两名俄罗斯博士后重复这项工作,得到了同样的实验结果,并于2004年将该结果发表在JCP上。

但这仍然无法平息争论:为什么只有你们一家实验室做得出来?

同行的压力像笼罩在实验室上方的一抹阴霾。最扎心的一幕发生在2006年,导师和美国约翰斯·霍普金斯大学的一个知名团队合作,又在JCP上发表了一篇论文,否定了卢庆彬的发现。

那时没人意识到,罗格斯大学有一台世界上独一无二的设备,也因此观测到了他人无从得见的现象。

五味杂陈的一课

即便如此,回顾这段经历时,加拿大滑铁卢大学教授卢庆彬仍然感到十分幸运:“我在正确的时间、正确的地点,做了一个正确的实验。”

正是这个实验,改变了他的学术生涯,并衍生出如今从事的三大研究方向。也让他在后来的人生中,一次又一次品尝做一个“少数派”的滋味。

他在实验中发现,当存在水分子或氨分子等极性分子时,氟利昂的离解电子转移(DET)反应增强了3万倍。

在固相表面环境中,每产生100万个氯负离子,大约只有一个可以被探测到,因此这项实验对设备灵敏度的要求非常高。

在那个年代,全世界只有两台仪器具有这样的灵敏度:一台在诺贝尔化学奖得主、加拿大多伦多大学教授约翰·波拉尼的实验室里,但这台仪器在上世纪90年代末就已经被拆掉了;而另一台,就是卢庆彬做实验的那台。

由于涉及臭名昭著的臭氧层杀手——氟利昂,卢庆彬的论文发表后引发了不少同行的关注,也由此引发了文章开头那一连串的学术纷争。

直到2006年,韩国科学家用另一种实验方法,证明他们观测到了同样现象。2009年,曾师从诺贝尔化学奖得主格哈德·埃特尔的物理学家马丁·沃尔夫带领团队做了一系列实验,再次证实这种现象是真实存在的,并且氟利昂的DET反应水平确实非常高,争议才逐渐平息。

此时距离卢庆彬开展那个令人惊奇的实验,已经过去10年了。

这段经历给卢庆彬上了一课:即便你在罗格斯大学这样的老牌名校,在一个著名科学家的实验室里,用当时最先进的仪器取得了成果,发表在领域内最具影响力的期刊上,也可能需要经历10年甚至更漫长的时间,才能得到其他人的认可。

在后来的时光中,他时常会复习“这一课”的感悟。

一次又一次挑战主流

那10年间,卢庆彬没有停下。他基于DET反应的发现,提出了解释臭氧层破坏的宇宙射线驱使电子诱导反应(CRE)机制。

传统理论认为,氟利昂被释放进大气后,会在紫外线作用下分解产生氯原子,进而与臭氧分子反应,使臭氧分子分解成普通的氧气分子——3位化学家凭借这一理论获得了1995年诺贝尔化学奖。

但卢庆彬的CRE理论认为,分解氟利昂的关键因素不是紫外线,而是宇宙射线。由于宇宙射线受地球磁场和太阳活动的影响,存在11年的周期,因此他预测南极上空臭氧层空洞的大小也会表现出11年的周期性变化。

2001年8月,卢庆彬在PRL杂志发表了一篇在他看来意义重大的论文——《宇宙射线对大气中氟氯烃解离和臭氧消耗的影响》。这篇论文被期刊编辑评为当期唯一的亮点论文。美国物理学会配发了一篇焦点报道《被宇宙射线烧毁的臭氧层》,文章后来被著名科普杂志《科学美国人》转载。

但评审人和编辑们的青睐并不足以为卢庆彬的学术生涯开启“绿灯”。相反,由于提出了一个挑战主流的学术观点,他在“少数派”的路上越走越远。

2004年初,卢庆彬入职滑铁卢大学,并在3年后被破格授予终身教职。关于氟利昂和臭氧层空洞的研究太过标新立异,无法为他争取到科研经费,因此他主要通过飞秒生物学和飞秒医学的研究工作申请项目支持。从大气物理学到医学,听起来学科跨度很大,但基本原理依然围绕他所擅长的分子离解电子转移反应。

从2004年到2008年,卢庆彬陆续发表了一系列关于DET反应和CRE理论的论文。2009年,《物理报道》杂志邀请他撰写一篇该领域的综述文章。

就在写作这篇文章的过程中,一个更加“离经叛道”的科学假设,从他的“直觉”中冒了出来:引起全球气候变暖的罪魁祸首,会不会不是二氧化碳,而是氟利昂呢?

那个时候,气候变化领域的科学争论远比现在要多。关于地球是否在变暖,变暖源于自然现象还是人类活动,究竟是什么物质导致了气候变化,科学家众说纷纭。

二氧化碳一直是最受关注的“嫌疑人”。联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)认可的、最主流的气候模型,也是基于二氧化碳理论构建的通用循环(GCMs)模型。但学术界一直存在争议:GCMs模型是否已经过时了?

GCMs模型存在的主要问题之一,是它的方程中包含许多可以调节的参数和一些未确定项。

物理学研究中,参数就像一把双刃剑。适当引入参数可以帮助科学家破解一些过去难以攻克的问题;但大量使用参数,特别是可调节的参数,则意味着人们可以通过操控这些参数,让自己的理论和模型尽可能“符合”观测。

科学家冯·诺依曼就曾这样调侃参数:如果使用4个参数,他可以拟合一头大象,只要用5个参数,他就可以让大象的鼻子也扭动起来。

1953年,在两位物理学大师恩里克·费米与弗里曼·戴森的世纪会晤中,费米还曾援引这段话对戴森的一项理论工作进行了批评——这些对话后来成了物理学研究方法论的经典。

在卢庆彬看来,过多的参数给科学家留下了“耍赖”的空间。

他统计了1850至1970年的数据,得出的结论是,在氟利昂大量排放前,全球平均表面温度与二氧化碳浓度之间的相关系数几乎为零。但在1970至2012年间,全球平均表面温度与以氟利昂为代表的卤代烃温室气体总量之间的相关系数高达96%~97%,几乎是完美的线性相关。

2015年,卢庆彬出版了一本专著《臭氧空洞和气候变化的新理论和预测》,正式提出氟利昂导致全球变暖的新理论。令他感到自豪的是,这是一个可以进行“零参数计算”的模型。(记者李晨阳)

原标题:卢庆彬:在学术界当了25年“少数派”,他一次次挑战权威(上)