“为什么生活中的其他方面与科学同样重要”,这是对一维、二维核磁共振技术(NMR)做出开创性工作的理查德·R·恩斯特(Richard R. Ernst),与来自布里斯托大学的斯蒂法妮·哈里斯(Stephanie Harris)在林道会议上讨论的话题。

 

 

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理查德·恩斯特,物理化学家,瑞士苏黎世联邦理工学院名誉教授,1991年诺贝尔化学奖得主(以表彰他在核磁共振(NMR)方面做出的开拓性工作)。

 

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斯蒂芬妮·哈里斯,英国布里斯托大学的一名研究生,其研究方向是超快瞬态吸收光谱。这项技术能够实时捕捉化学键断裂和结合、提供化学反应进程中的详细机理信息。

 

可以看到人体内部的MRI

  哈里斯:您是如何向完全没有科学背景的人解释NMR?
 
  恩斯特:首先,NMR能确定分子结构和分子之间的连接,甚至能够形成人体的图像,其工作原理是探测磁场中原子核的响应。这些原子核像一群间谍传递出编码信息,一旦电子设备记录到这些信息,就可以对它们加以分析推断。
 
  原子核有磁矩,对外加磁场会做出反应。加上外部磁场后,原子核开始进动(进动是自转物体之自转轴又绕着另一轴旋转的现象,又可称作旋进――译者注),改变了它们自转轴的方向,其频率与磁场强度成正比。假如测定出进动频率,就可以确定局部磁场,局部磁场与外部磁场的区别,是因为原子核周围的电子有屏蔽作用。两个磁场之间的不同,反映了分子内部原子核周围化学环境的区别――多电子还是缺电子。
 
  NMR还能告诉我们分子的结构:原子核空间排列是怎样的。在研究中,原子核附近的磁矩会扰动局部磁场,或引入精细结构或可观察到共振分裂。这种分裂的确切性质――无论是分裂成2个、3个、4个或者更复杂的模式――告诉我们,在我们研究的原子核周围,有多少原子核。在这些模式里,线之间的距离可以告诉我们原子核间的距离,也就获得了分子结构的整个图像。
 
  哈里斯:NMR最佳用途是什么?
 
  恩斯特:最有价值的应用是核磁共振成像(MRI),能让你看到人体内部。事实上,MRI对我个人来说也很重要。2007年的一天,我坐在书桌旁,突然感到天旋地转。去医院检查,医生用MRI扫描我的脑部,发现一处血管狭窄,限制了血液流动。这种情况几年前再次出现,我在街上散步时突然觉得左腿疼痛,一会儿功夫就寸步难行了。通过MRI诊断,我患了动脉阻塞。心脏搭桥手术使我恢复了健康。
 

科学不是生活的全部

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MRI能让你看到人体内部

 

  哈里斯:您拿到博士学位后,没有选择进入学术界,而是去了企业。当时您是怎么考虑的?
 
  恩斯特:当时我厌倦了大学里的氛围,想寻求一点改变。加利福尼亚是求职的最佳地点,我必须到企业工作,成为对社会有用的一份子,而不仅仅是个学术顽童。我加入了加州帕洛阿尔托市的瓦里安联合公司,继续研究NMR。
 
  五年后我回到了苏黎世联邦理工学院,那里是我博士阶段求学的地方。这是个错误的决定,两年后我就精神崩溃了。我感觉我的学术生涯就要结束了。我曾经考虑去邮局工作,在信封上盖盖邮戳。经过漫长的自我斗争,我再次成为了科学工作者。不过从头再来要难得多了。
 
  哈里斯:那又是什么帮助您找回了对科学的兴趣?
 
  恩斯特:好奇心是我一直固有的,对发生在周围的事物我会寻思,并试图解答。你当然不可能什么都知道或解决所有的问题,所以必须得扩充知识,我就是这样做的。同时,教学工作对我也有帮助,学生们想从你这里学到什么,因此你必须成为一个好的榜样,需要更多的知识储备。这就像你来到幼儿园做演说:他们会问很多基本问题,如果不知道如何回答,你就知道知识缺陷点在何处。
 
  哈里斯:保持对科学之外事物的激情重要吗?
 
  恩斯特:灵感通常来自外部信息、来自意想不到的渠道。没有这样的灵感,你的思维会非常狭隘。如果你对科学之外的事物还有激情,应该为此感到骄傲――它使你的生活更加美好。太多的科学家失去了人的特点,在这个意义上他们只有一个聚焦点:他们的研究工作。其实科学不是生活的全部,生活里还有其他激动人心的时刻。
 
  哈里斯:您是怎么实现生活中的平衡的?
 
  恩斯特:在我年轻的时候,是音乐让我充满活力。起初,我尝试过演奏和作曲,如今只是听音乐。走出科学实验室,放松精神,享受生活,这是非常重要的。最近,我被藏族绘画迷住了,开始收集、研究和保护这类珍贵的艺术作品。
 

让学生自己寻找答案

  哈里斯:如何成为一个有影响力的教师?
 
  恩斯特:好的教师允许学生发展自己的个性和学习方式――他们向你提出一个问题,然后说“自己寻找答案。”另一方面,传统的教师则认为,学生必须严格按照他们的要求或规则学习。这两类教师我都遇到过。教师更重要的是鼓舞和激励,让学生有更多的想象空间,而不仅仅是服从。
 
  哈里斯:可否举一个优秀教学实践中的例子?
 
  恩斯特:把学生扔到冷水中,让他们自己游泳求生。不是先教他们在陆地上做游泳的姿势,而是直接把他们扔到水里,不加引导,看看他们会怎么做。教学过程中师生都是边做边学,实践出真知。
 
  哈里斯:对您而言,科学的社会责任同样重要。您有没有采取过实际的措施,让您的研究工作更富有责任感?
 
  恩斯特:2005年,为庆祝苏黎世联邦理工学院150周年校庆,我们举行了一次公开教学活动,150位教授走上街头与公众交流。我们在苏黎世市中心搭起了帐篷,三个星期内进行了300个开放式教学课程。这一公开教学活动的好处是,在对公众传授科学知识的同时,也促使教授们更多的考虑公众,思考公众对他们的反应以及公开教学活动的重要性。最初他们并不看好这次活动,但活动结束时,他们却喜欢上了它,想要再举办一次。
 
 

资料来源 Nature

责任编辑 则 鸣