位于大洋彼岸的貝爾實(shí)驗(yàn)室聞名遐邇，這里不僅誕生了9個(gè)諾貝爾獎，還把圖靈獎、美國國家科學(xué)獎等大獎收入囊中。而我們現(xiàn)在享受的很多科技產(chǎn)品也要?dú)w功于它。貝爾實(shí)驗(yàn)室在推動基礎(chǔ)科研的發(fā)展中扮演過什么樣的角色？在急需發(fā)展基礎(chǔ)科研的中國，這所實(shí)驗(yàn)室又會給我們什么啟發(fā)？或許，我們可以從貝爾實(shí)驗(yàn)室的輝煌歷史中找到答案。

在今年兩會上，作為企業(yè)家代表的馬化騰先生提出的一條建議，引發(fā)了熱烈討論。他建議國家出臺激勵措施，鼓勵企業(yè)等社會力量加強(qiáng)對基礎(chǔ)科研的投入，改變我國基礎(chǔ)科研主要由政府投入的局面。

相比之下，美國的基礎(chǔ)研究來源更為多元化。根據(jù)美國NSF（美國國家科學(xué)基金會）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2016年，美國政府對基礎(chǔ)科研的資金投入占比為47%，而企業(yè)占比高達(dá)27%，甚至超過了高校（14%）[1]。在美國，企業(yè)出資從事基礎(chǔ)研究的不乏先例。成立近百年的貝爾實(shí)驗(yàn)室更是其中的典范。

位于美國新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室（Bell Lab）的前身是美國電話與電報(bào)公司（AT&T）子公司西部電氣（Western Electric）公司于19世紀(jì)末成立的工程部[2]。1925年，這個(gè)工程部成為貝爾實(shí)驗(yàn)室。在過去的一個(gè)世紀(jì)里，貝爾實(shí)驗(yàn)室對人類科技進(jìn)步做出了重要貢獻(xiàn)。比如，晶體管、激光、電荷耦合器件（CCD）、信息論、UNIX操作系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)C語言等都誕生于此。

特別值得注意的是，作為一個(gè)工業(yè)公司所屬的實(shí)驗(yàn)室，貝爾實(shí)驗(yàn)室歷史上在基礎(chǔ)研究方面成果卓著。大大小小的基礎(chǔ)研究既大大促進(jìn)了公司的技術(shù)發(fā)展，也包括很多對于公司的技術(shù)沒有直接應(yīng)用的成就，它們都得到實(shí)驗(yàn)室的支持。

歷史上，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家一共獲得了9次諾貝爾獎[2]，包括8次物理學(xué)獎和1次化學(xué)獎。這也是貝爾實(shí)驗(yàn)室推動基礎(chǔ)研究的重要標(biāo)志。讓我們來看看這些在貝爾實(shí)驗(yàn)室孕育出的諾獎成果[3]。 

最近的一次是在2018年，當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎授予了在激光領(lǐng)域作出突破性發(fā)明的科學(xué)家——96歲的“光鑷之父”阿什金（Arthur Ashkin）與另外兩位科學(xué)家[4]。阿什金成為史上最高齡的諾獎得主，他的獲獎工作就是在貝爾實(shí)驗(yàn)室完成的。而且，他自康奈爾大學(xué)博士畢業(yè)后，便加入了貝爾實(shí)驗(yàn)室，在那里工作了40年，直至退休。

1937年，戴維森（Clinton Joseph Davisson）因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了電子被晶體衍射，證明了電子的波動性，從而與湯姆森（George Paget Thomson）分享了諾貝爾物理學(xué)獎。1917年，戴維森從卡內(nèi)基工學(xué)院來到貝爾實(shí)驗(yàn)室，研究軍事通訊上所需要的真空管。一戰(zhàn)之后，他留在貝爾實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)研究真空管中電子的行為。1927年，他和革默（Lester Germer）合作發(fā)現(xiàn)了電子衍射。同一年，湯姆森也做出了同樣的發(fā)現(xiàn)。今天，戴維森-革默實(shí)驗(yàn)已經(jīng)成為大學(xué)物理的基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

1956年，肖克利（William Shockley）、巴?。↗ohn Bardeen）和布列坦（Walter H. Brattain）因?yàn)榘l(fā)明半導(dǎo)體晶體管而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。1947年，在貝爾實(shí)驗(yàn)室，巴丁和布列坦先發(fā)明了一種放大電信號的半導(dǎo)體放大器，然后肖克利又作了進(jìn)一步的改進(jìn)，這就是晶體管。 順便提一下，1956年獲獎時(shí)，巴丁在伊利諾伊大學(xué)任教，剛剛與庫珀和施瑞弗提出BCS超導(dǎo)理論，這使他們獲得1972年的諾貝爾物理學(xué)獎，巴丁也成為唯一兩次榮膺諾貝爾物理學(xué)獎的獲得者。

1977年，安德森（Philip Warren Anderson）因?yàn)榘l(fā)展無序材料（比如玻璃）中的電子理論，而與莫特（Sir Nevill Francis Mott）和范夫列克（John Hasbrouck van Vleck）分享了諾貝爾物理學(xué)獎。1958年，在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的安德森指出，在無序材料中，一定條件下，電子是局域化的，也就是局限于小范圍運(yùn)動，不能導(dǎo)電。安德森對凝聚態(tài)物理理論有非常多的重要貢獻(xiàn)，可能是當(dāng)代最重要的凝聚態(tài)理論物理學(xué)家。后來，安德森長期任教于普林斯頓大學(xué)。 

1978年，彭齊亞斯（Arno A. Penzias）與威爾遜（Robert W. Wilson）因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)微波背景輻射，而與發(fā)現(xiàn)超流的卡皮查（Pyotr Leonidovich Kapitsa）分享了諾貝爾物理學(xué)獎。微波背景輻射指均勻充滿整個(gè)宇宙的微波，為關(guān)于宇宙起源的大爆炸理論提供了關(guān)鍵證據(jù)。根據(jù)大爆炸理論，175億年前，宇宙起源于大爆炸，隨著宇宙的膨脹，溫度降低，物質(zhì)成為星體和星系，而充斥宇宙的輻射的波長拉長，成為微波。1960年代，他們建起狄克（Robert Dicke）輻射計(jì)，以用于射電天文學(xué)和衛(wèi)星通訊。當(dāng)他們發(fā)現(xiàn)這種強(qiáng)度較高、來自外太空各個(gè)方向的微波時(shí)，并不清楚它的起源。當(dāng)時(shí)，普林斯頓大學(xué)的宇宙學(xué)家（包括狄克）很快給出了解釋，事實(shí)上，他們正在試圖建造用于探測宇宙背景輻射的狄克輻射計(jì)。

1997年，朱棣文因?yàn)橛眉す饫鋮s和束縛原子而與另外兩位也在這方面作出重要貢獻(xiàn)的科學(xué)家柯亨-塔諾基（Claude Cohen-Tannoudji）及菲利普斯（William D. Phillips）分享諾貝爾物理學(xué)獎。1980年代，他們用不同的方法將原子冷卻到微開的量級（0開就是絕對零度）。這一發(fā)現(xiàn)為1995年實(shí)現(xiàn)玻色-愛因斯坦凝聚（所有的粒子處于同一種量子態(tài)）打下了基礎(chǔ)。取得獲獎成就時(shí)，朱棣文就在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作，在那里他還實(shí)現(xiàn)了“原子噴泉”。

1998年，斯通莫（Horst Störmer）、勞夫林（Robert Laughlin）和崔琦（Daniel Tsui）因?yàn)榉謹(jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)和理論而分享諾貝爾物理學(xué)獎?；魻栃?yīng)是指磁場中的導(dǎo)電平面的邊緣積累電荷，因此在與電流垂直的方向也會有電導(dǎo)。馮克里青（Klaus von Klitzing）發(fā)現(xiàn)，兩種半導(dǎo)體的界面上的霍爾電導(dǎo)總是某個(gè)常量的整數(shù)倍數(shù)。1982年，當(dāng)時(shí)在貝爾實(shí)驗(yàn)室工作的崔琦和斯通莫發(fā)現(xiàn)這個(gè)倍數(shù)還可以是分?jǐn)?shù)。事實(shí)上，電子在這里形成了一種新的量子流體。 

2009年，博伊爾（Willard S. Boyle）和史密斯（George E. Smith）因?yàn)榘l(fā)明CCD傳感器而獲得當(dāng)年諾貝爾物理學(xué)獎的一半（另一半授予對光纖作出杰出貢獻(xiàn)的高錕）。1969年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的博伊爾和史密斯的一個(gè)電子學(xué)記憶設(shè)計(jì)為CCD打下了基礎(chǔ)。在CCD中，感光元件受到光射后發(fā)出電子，如果加上電壓，就會有電信號，導(dǎo)致數(shù)字成像。 

2014年的諾貝爾化學(xué)獎授予白茲格（Eric Betzig）、黑爾（Stefan W. Hell）和莫爾納（William E. Moerner），以表彰他們對于超分辨熒光顯微鏡的貢獻(xiàn)。1990年代在貝爾實(shí)驗(yàn)室，白茲格基于光在單個(gè)分子上激發(fā)的熒光，發(fā)明了一種超越通常的光分辨極限的方法，將不同分子的激發(fā)結(jié)合起來，使得顯微鏡具有非常高的分辨率[5]。  

2018年，阿什金因?yàn)榘l(fā)明光鑷且用之于研究生物系統(tǒng)，而獲得諾貝爾物理學(xué)獎的一半。另一半授予產(chǎn)生超強(qiáng)超短激光脈沖方法的莫雷（Gérard Mourou）和斯崔克蘭（Donna Strickland）。阿什金巧妙地利用光壓，發(fā)明了可以捕捉原子、分子、微粒和細(xì)胞的光鑷，并為激光束縛原子打下了基礎(chǔ) [4]。1969年，阿什金用聚集的激光移動了空氣和水中的介電小球。1977年，為了囚禁和冷卻原子，阿什金提出“全光單束梯度力囚禁”的構(gòu)想，也就是光鑷。1985年，阿什金與同事成功地用光鑷囚禁了一個(gè)介電小球。1986年，朱棣文等人與阿什金合作，將原子減速冷卻下來，并應(yīng)用和發(fā)展了阿什金的光鑷囚禁方法，成功實(shí)現(xiàn)了原子的激光冷卻和囚禁。1986年，阿什金開始將光鑷用于研究生物系統(tǒng)。光鑷現(xiàn)在成為研究生命系統(tǒng)的重要工具。

2006年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的母公司朗訊（Lucent Technologies）與法國的阿爾卡特公司（Alcatel）合并為阿爾卡特-朗訊（Alcatel-Lucent），同時(shí)成立一個(gè)新公司LGS Innovations來管理貝爾實(shí)驗(yàn)室和朗訊的政府合同。2007年，貝爾實(shí)驗(yàn)室與阿爾卡特的實(shí)驗(yàn)室合并。2008年，貝爾實(shí)驗(yàn)室退出了基礎(chǔ)研究。2016年，諾基亞買下了阿爾卡特-朗訊，貝爾實(shí)驗(yàn)室正式更名為“諾基亞-貝爾”實(shí)驗(yàn)室。

貝爾實(shí)驗(yàn)室在基礎(chǔ)研究方面的輝煌歷史可以賦予今天的中國很多啟示。馬化騰先生的建議也正逢其時(shí)。