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​汪治平教授:

採訪★黃品誠/ 內文整理★黃品誠 林宸瑜 范廷魁

在開始採訪之前,想請教授先稍微自我介紹

  我從小就對物理有強烈的愛好,並且喜歡動手製作和修理電子、機械設備。1981年畢業於台大物理系,1988年從哈佛大學獲得博士學位之後在麻省理工學院做了兩年的博士後研究員。1990年回國在中央研究院原子與分子科學研究所建立台灣最早的超快雷射實驗室,並於2004年將瞬間功率提升到10兆瓦。2005年我受到劉全生前校長的邀請,領導在中央大學建立了100兆瓦強場雷射實驗室。這個雷射的瞬間功率可以達到瓦,聚焦之後具有非常強大的電磁場,遠大於原子內的庫倫電場和超導磁鐵的磁場。其能量密度與氫彈相當,因此可以產生相當於太陽中心的電漿溫度,其瞬間光壓也相當於太陽中心的壓力。這麼強大的電磁場可以做許多驚人的事情,可以加速電子、加速質子,產生X光、伽瑪光,可以造成非常強大的電漿和光學非線性效應,可以模擬天文事件,也可能產生與暗物質有關的未知粒子。這些實驗非常有挑戰性,技術上的難度非常高,但也非常令人嚮往。

可以請教授跟我們分享一下你的求學經歷嗎?為甚麼會選擇走實驗物理?

  我個人的性向在小學高年級時已經很明顯。例如小學的時候有算術課,可是通用的教材太簡單,沒法讓我專心聽課,容易在台下胡鬧。老師頗有愛心,不願把我弄到外面罰站,就特別找一些很難的應用題給我算。這些題目用算數來做是非常繁難,所以我就被迫要使用多變數的聯立方程式來解。但我這樣解之後,老師要跟其他同學解釋我怎麼做出來的,就很為難了,因為這不是教育部訂的範圍,那是中學的代數。但為什麼我會知道中學的方法?因為我那時候感到上課極其無聊,就去找大人的書來看,找到了一本發黃的老式代數教科書,看完我就知道怎麼解這些問題了,所以自然就用上了。這就是說你的性向是藏不住的,因為你對那個東西有興趣,自然會找機會學,並且把它學得很好。你學得很好,就自然會表現在學業上。

  國中升高中要參加聯考,所以大家都要做很多參考書練習題,同樣的情況又發生了。我們那時候都每天都要舉行升旗典禮和降旗典禮,我的數學老師每次都會在升旗的時候給我一道高中數學的題目,然後降旗的時候要我把答案交給他,意思是他希望我在這一天不要鬼混,也不要做太多參考書練習題,他用難題把我的腦筋綁住,不要作怪。後來他建議我去讀高中的數學課本,可惜那時候教科書是國立編譯館的統一版本,由學校統一配發,書店買不到。

  高中又是一個不同的境界了,因為要考大學所以競爭就更激烈了。那時候大學的率取率理工科只有25%,其他科系更低,大部分人都沒法讀大學。進入高雄的頂尖高中,發現要學的東西一下子變多了,身邊的高手也一下子變多了,所以很多同學都處於一個情緒不良的狀態。這也要怪雄中老師啦,經常出那些要把學生嚇到死的題目,把他們嚇到趕快去補習,投入填鴨式的教育,損失更多自我學習的機會。我很幸運,我當時遇到的老師是非主流派的,也就是非升學派的,教學很正常。我的數學老師那時候就跟我說你的程度不用去做那些參考書,你應該要去看大學的書。所以變成我高中就在讀大學的書。這對我之後很有幫助,因為在大學你會覺得數學和物理的進度配合不上,物理都用到積分了,數學還在教微分。你們下學期就要學電磁學了,電磁學裡面就會用到向量微積分,如果沒有事先學好的話,你就會看不太懂電磁學的數學式。我們那個時候學習的順序很不合理:高一學生物,高二學化學,高三學物理,而事實上化學需要用到物理,生物需要用到化學,這種反向操作不知是哪個外行訂出來的。你的求學過程有沒有吃到正確的糧食來幫助你長大是很重要的。因為我那時已經學會向量微積分和線性代數,就可以看懂當時流行的大學物理課本,例如李怡嚴著的《大學物理學》。用大學的方法來處理,高中的物理問題都變得很簡單,所以大家最痛苦的高三生活,我還過得蠻愉快的。

  到了大學就更複雜了,在大學時我也不太注意與老師之間的密切配合,常常老師一邊講我也會在下面看另外一本書,我只要不時抬頭看看老師在講甚麼,確認我懂了就可以了,這樣我就可以加速學習。例如老師在上近代物理,我就在下面讀量子力學,因為量子力學是近代物理比較嚴謹的版本,雖然短期來講考試會吃虧,因為不容易注意到老師可能會考的重點,但是長遠來講是值得的,因為時間用得比較有效率。這樣不僅訓練我一心多用的能力,也間接訓練了我的心算能力,因為老師在上課我也不好意思公然拿草稿紙出來演算。有了這些能力,進步也會比較快。盡量讓自己超前學習,才有更多的時間去思考問題,才不會因為在某個地方卡關而進度落後。這並不是什麼秘招,只是一種提前較多的課前預習。

  我覺得大學時期有一個很重要的事是需要體會的,這也是後來為什麼我會來中央教實驗物理這門課程,那就是我們中華文化有很重的科舉味道在裡面,所以很多人嘴巴講的天花亂墜,但是動手的能力卻很差。儒家講究「禮樂射御書數」,沒有一項是需要考驗工藝實作能力的。我大學的時候宿舍是理學院和工學院混住,因為這樣我從工學院那邊學到很多實作的東西,雖然那些東西背後還是物理,但物理定律藏在底層,表層是工藝。電子零件很便宜,所需的工具也不貴,透過玩電子這個興趣,使我對於後來用到的實驗儀器能深入了解,一看就懂。我小時候住在眷村,都是破爛房子,所以也是常常幫家裡修這修那。在我們那個時代電器壞了都要修的,因為買新東西是很大一筆支出,工藝的能力都是從小環境培養起來的,這都與我選擇做實驗有關連。我在大四的時候選修了很多先進的理論,了解到理論有許多可能性,但為什麼只採用某一個,這當然都是實驗篩選出來的。如果不做實驗,我們對於物理的認知可能還停在柏拉圖的時代。如果你只做理論,萬一做得不好,沒辦法跟人家競爭,那就很尷尬,高不成低不就。做實驗無論成不成功,都會學到技術,都可以轉去工業界發展,所以你絕對不要放棄實驗啊,這是你安身立命的保障,除非你在理論上很有把握能夠競爭。

  我就讀國中是1970年,而我們中華民國在1971年就退出聯合國了。1972年日本跟我們斷交,1977年美國跟我們斷交,這都在我從國中到大學這段期間發生的。1978年中美協防條約撤銷,台灣在國防上和外交上都失去了依靠。1982年我服兵役時,那時候國防部的戰略指導原則是放棄省道台三線以西的土地,因為海空軍已經居於劣勢,意思是國軍無法與共軍在平地決戰,準備進入中央山脈打游擊了。在那種環境下出國留學,必須要有未來回不了台灣的準備。所以你實驗做好一點還有機會在美國找工作,如果你只會理論的話,就不知道美國人要不要你。這就表示說你在學術上要選擇甚麼方向,是基礎物理還是應用物理,是實驗還是理論,都會受國際局勢的影響。因為你首先要考慮台灣有沒有這種工作讓你做,然後考慮台灣未來的政治經濟局勢是怎樣,就算台灣沒有被大陸拿下來,會不會變成以國防安全為重的專制社會,而不是以科學和經濟為重的民主社會。以上所說的是我的大學階段。

 

  研究所階段我是很幸運,拿到哈佛大學的獎學金。我回頭檢討起來有兩個因素,第一個是老師們給我的推薦信應該是不錯的,第二個是GRE物理本科測驗也考得很好,可以在國際上公平比較。大家可能想問學校成績重不重要?我覺得相對於推薦信和國際考試,學校成績是最不重要的。原因很簡單:你是中央大學的第一名,但從外國的角度不知道要把中央大學放在哪個等級,它的排名有多少參考價值?然而從推薦信中,審查委員可以知道你的特別之處,所以大家以後要被提拔,推薦信是很重要的一環。

 

  哈佛大學是一個相當自由的環境,學術的風氣也跟台灣不一樣。台灣的研究生基本上是國家養的,因為薪水基本上都是科技部給的,以前在我們那個年代還有教育部的獎學金,教育部跟科技部的錢加一加你已經可以很好過日子了。可是在美國完全不一樣,在美國養一個研究生要給他獎學金、替他繳學費,學校還要抽頭。例如你的指導教授申請到一筆研究經費,他要交給學校將近60%,剩下的才能買儀器、買耗材、支付研究生的費用,所以養一個學生是非常貴的。因此在美國學生比較像是員工,你要按時上班,按時把成果交出來。我們這邊的研究生就很散漫。在美國獲得終身教職的比例並不高,頂尖的學校每三個才有一個能得到終身教職,如果教授收到不好的學生,研究沒進展,那他只好害自己被開除。所以美國教授對於研究生的工作要求是很嚴厲的,一方面讓學生能準時畢業,另一方面讓自己能夠晉級發展。美國社會的現實性在台灣比較難以想像。美國的學生許多是高中畢業後就要自力更生,一邊打工一邊唸大學,所以當研究生時被當成員工來壓榨,他們也認為是理所當然。我們的學生就會抱怨,像下午了,找幾個同學去打籃球,在美國不可能,這是公司,現在是上班時間,多喝一點咖啡、可樂來提神才是常態。我覺得美國這種文化很不得了,一方面給你很大的壓力,但另一方面它把一個人的工作效率提升非常高,有助於發揮潛力。哈佛大學對於學生很信任、很尊重,例如註冊時他們就直接給我圖書館的鑰匙,說圖書館關門後你也可以進去自己借書,這讓我非常震驚,因為如果這事發生在台灣,恐怕會有很多書被盜。但在哈佛大學這事可以運作,因為彼此信任。考試也是,在台灣就把學生關在一間教室考試兩小時,因為我們怕學生作弊,但在哈佛大學不是。例如有些科目的期末考試是在聖誕節年假期間,帶回家開書考,學生通常都去圖書館看書、找參考資料來做答,因為題目很難,躲在家做不出來。所以年假這段時間圖書館往往燈火通明,裡面很熱鬧,但沒有人違規、作弊。這種文化在台灣過了30年還是沒辦法跟上。

為甚麼會想做強場雷射?

  由於雷射這個領域發展得非常快,1960年代雷射剛誕生, 1970年代就已經發展出高功率的脈衝雷射、非線性光學、精密光譜學等等。在那時雷射知識的傳播主要靠學術期刊,雷射幾乎沒有工業應用。當時台灣在各個物理領域都缺人才、缺設備,落後很大一截,因此在那時候我對雷射也不甚了解。到了哈佛大學後,藉由修課來了解各領域,並選擇指導教授。在美國選擇研究領域和指導教授不像是到百貨公司買東西,喜歡就能買,有興趣就能研究,而是要看哪個實驗室正在招募新學生,實驗室的主持人與你能不能互相看對眼。我覺得雷射領域既有基礎物理的挑戰,又有很好的應用潛力,因此走入這一行。但並不表示剛好就有很好的實驗室可以加入,一方面要與現況暫時妥協,另一方面要靠未來自己努力來改變現況。我當研究生時還沒有強場雷射這個領域,就連超快雷射——強場雷射的前身,也是我博士畢業之後才興起的。科學的進展非常快,你在學生階段做什麼研究,和你當了教授做什麼研究,很可能相距甚遠。

做實驗的熱情從何而來?

  從早期到現在,研究的雷射都是不一樣的雷射。早期是利用連續波雷射來探測原子分子的一些能階、結構、反應,等到超快雷射出現,就可以用來研究很短暫的物理現象,等到雷射快速解析的技術變得普遍了,雷射又加高能量變成強場雷射,又帶來了新的應用。現在談論X光雷射、伽碼光雷射,也不再是空洞的想像,而是合理期待的下一步。一個領域成熟了,就該讓工業界接手,不要再繼續待在那裏,要開始拓展新的領域或應用,要走在潮流前面。所以研究工作並不會有同一件事一直做很無聊的情況。再者,我們除了主要研究領域還有次要研究領域,就像有些人除了主業另外還有副業。副業做得成功,也可轉成主業。對於科學的熱情是來自你內在的性向、才幹,而澆熄這個熱情的,往往是外在的因素,例如爭取不到職位、經費、空間、學生,或是做得太慢一直落後,沒法被同行認真對待。

中大學生vs台大學生

  台大的學生比較會考試,但就情緒管理方面,中大的學生比較好。可能是因為在台大的那個環境下壓力會比較大,像是為了一點分數去作弊,對分數會斤斤計較,承受挫折的能力較差。不過在基礎學科方面是明顯贏中大的學生,國文、英文的書寫較有條理,數學能力也較好。台大的學生比較關心自己的前途,比較有憂患意識。然而就發展潛力而言,中大的學生不會輸給台大,因為大家都有很大的成長空間,剛開始那一點點差別可說是微不足道。重點在於能不能早些覺悟,了解自己的責任,保障學習的效率和紀律,並開拓視野,培養領導能力。

目前教導過最厲害的學生,並給一些建議

  評判一個人厲害不厲害,每一個人的標準不一。有人英文很好;有人數學很好;有人很能做事;有人態度積極,總體評分還是要看各個項目放多少比重。我是把能做事比重放得很高的人。有創意、能做事、會分析,如同不需要牽那個人過橋,他自己就會過。在未來的事業上,能夠顧好自己、領導別人是很重要的。目前遇過最好的就在本校四年級博士班。在台大,很多學生厲害的地方在於有交代就會做得很好,但沒交代時就比較不知所措。當然,有些人因為教的時間較短,可能他沒機會顯露。有一位台大學生他讀書很厲害,讀論文都理解的很透徹,根本不需要指導。我只帶他碩士班,之後他就去了加州理工學院,他的動手能力就在加州理工學院展現。我有很多學生只帶到大學、碩士,時間較短無法評判。在歷屆博士班學生中,最好的就在中大。

  一個人厲不厲害,就像是任何器具,首先材質要適合,還要加上打磨。玉有玉的用處,銅有銅的用處,要把自己放在合適的地方。但光是資質好,不磨練也難成器。困難的工作自己攬起來做,就是給自己學習和成長的機會。仔細思考未來的趨勢,找出自己的興趣和優勢,超前佈署,也非常重要。

給大一生的建議

  現在大學生很容易在五花八門的活動中浪費青春。很多社團、活動只有娛樂效果,甚至流於幼稚,對於個人成長沒幫助。進了大學手上的資源有很多:第一實驗室有設備,第二有許多學問不錯的老師,第三有圖書館,第四有網路和大型計算機。有這麼多資源,每天的時間都不夠用,根本沒時間可浪費。社團活動要能培養做事能力、增廣見聞、社會服務、鍛練身心。現在學生容易將寶貴時間用在遊戲、追劇,其實很多遊戲本質是在殺時間,你們這年紀是不適合殺時間的。有教育性的遊戲是可以去玩的,例如我以前玩過飛行模擬,學到了一些航空知識,包括在航空母艦上降落所需要的技術、戰機雷達的操作。我聽說也有模擬操作帆船的遊戲,會用到流體力學。我也看過模擬外科醫生執行手術的遊戲,這些都可學到很多知識。

如果沒走上物理學家的路,您會做……?

  大概是工程師吧!做實驗跟做工程很像,需要好的設計和實行技術,我覺得這類的工作比較有趣。

印象深刻的課

  大學中熱力學最難懂,因為互相牽連的變數很多,其間的關係式變化多端,不容易建立直覺。等到學了統計力學,熱力學才變得較容易理解。這兩門課需要好的老師來教,也需要好的課本。其他的課自己看書做習題,也就可以學好。如果把研究所算進去的話,哈佛的課很不錯。其中教最好的是一位諾貝爾獎得主Nicolaas Bloembergen開得課,它讓我對雷射這門學問更有興趣,在學習上比自己看書有效率得多。我喜歡的課是偏向原理講解清楚,內容深入,不為了教學方便而過度簡化、忽略深層的基本問題。

教授平常的休閒活動

  依年齡分:在大學時參加的兩個社團,第一個是登山社。在當時私人汽車並不普遍,且山路的路況也遠不如現今,去山上大多只能搭公路局(現在的國光客運)的車,不但班次少,也常排不到座位。然而參加台大登山社會租遊覽車和以資深同學為嚮導,這樣就可以方便去山上欣賞壯麗的景色。第二個是視聽社。當時觀賞非商業電影很不容易,沒有網路,就連VHS錄影帶也尚未普及。想欣賞電影只能去電影院,但藝術電影幾乎沒有,因為外國片進口配額少,所以代理商只進可賺錢的商業片。台大視聽社可以定期讓社員去台北漢口街的一間試片室看一些未上市的電影,其中不乏名家經典作品。最後也是因為視聽社女生多,氣質不錯,哈哈。現在當了教授後偶爾還是會在網路上找一些得獎的電影來看,而登山因為年紀大,走不動了。

  如今也多了修東西的興趣。現在電器用品價格低,很多小家電送修價格幾乎接近售價,所以很多人都丟掉換新的。然而我認為這樣很不環保,因為這樣就等於多一個垃圾誕生在地球上。因為本身有電子學的知識,拆開用電錶檢查一下,就知道壞在哪,平時也有在收集零件,修理其實沒很費力氣。像電扇最常見的是軸承缺油、長頭髮吸入、起動電容損壞、開關接觸不良,冰箱最常見的是溫度控制器損壞,烤箱最常見的是溫度保險絲熔斷。這些只是小毛病而已,零件很便宜,修好的就拿去便宜賣,或送給需要的朋友。有一次你們系辦丟掉一個微波爐,壞的地方是機械計時器,那很難修,結果過一陣子就在社區撿到一台微波爐壞在別的部分,計時器是好的,器官移植一下就修好了。一邊做自己有興趣的事,一邊做環保啦。

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