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光纖之父:高錕的故事

1933 年 11 月 4 日,在江蘇金山縣(今上海市金山區)一個姓高的大戶人家裡,出生了一個男嬰。

男嬰是家中長子,他的父母對他有很深的期望,於是用了“錕鋙”(古書上記載的一個山名,產鐵礦,可造寶劍,寶劍亦稱“錕鋙”)的“錕”字,給他取名。

沒錯,這個男嬰,就是我們今天文章的主角,著名的華裔物理學獎、教育家,“光纖之父”,高錕。

▲高錕

█ 名門之後,棟樑之材

高錕的家族,是正兒八經的書香門第、名門望族。

高錕的爺爺,是晚清著名詩人、書畫家、革命家,高吹萬。高吹萬是南社(近代中國最著名的文人社團)的重要成員,與常州錢名山、崑山胡石亭並稱“江南三名士”。

高錕的堂叔夫,高君平,也名高平子,是近代中國天文研究的開拓者,也是紫金山天文臺的籌建者。月球上有一個環形山,就叫“高平子環形山”。

高錕的父親高君湘,畢業於南洋大學(上海交通大學的前身),曾經留學美國,拿到了密歇根大學法學博士的學位。回國之後,擔任上海國際法庭的律師。

幼年時期的高錕,跟隨父母居住在上海法租界霞飛路(今淮海中路)的一棟三層洋房裡。

當時,高君湘專門聘請了老師,給高錕和弟弟高鋙進行國學啟蒙。據高錕個人回憶,這些國學知識對他後來的成就起了很大的作用。

▲高錕(前排左二)和他的父母、弟弟

10 歲那年,高錕來到上海世界學校(今日的國際學校)就讀,完成了小學與初中一年級的課程。當時,除了中文之外,高錕也學習了英文和法文。

青少年時期的高錕,逐漸對化學產生興趣。他偷偷將自家三樓的儲藏間改造成化學實驗室,在裡面自制氯氣,製造滅火筒、焰火、煙花和相紙。

有一次,他將紅磷粉與氯酸鉀混合,加水調成糊狀,再摻入泥裡,搓成泥炸彈,並扔到街上引爆,嚇得路人紛紛躲避。

後來,高錕的一個堂哥在觀看高錕的化學實驗時,被意外濺出的酸性液體灼傷,他的化學實驗室才暴露。在父母的嚴令之下,他的化學實驗不得不終止。

被迫放棄化學愛好之後,高錕又迷上了無線電。他通過四處收集而來的電子器件,成功拼裝了一臺老式的真空管收音機,愛不釋手。

1948 年,國共內戰愈演愈烈。為了躲避戰亂,高錕一家人移居臺灣。不久後,他們又遷往香港。

次年,高錕進入香港聖若瑟書院就讀。畢業後,他以全港前十的成績,考入了香港大學。由於當時港大沒有電機工程系,他轉而遠赴英國,求學於倫敦伍爾維奇理工學院(現英國格林威治大學)。

▲大學時期的高錕

1957 年,高錕畢業,取得電機工程理學士學位。隨後,他進入國際電話電報公司(ITT),在其英國子公司 —— 標準電話與電纜有限公司(Standard Telephones and Cables Ltd.)擔任工程師。

這期間,高錕與公司同事黃美芸相識,並最終結為伉儷(1959 年)。後來,他們育有一子一女,分別取名為高明漳、高明淇。

▲高錕和他的家人

█鑽研科學,孜孜不倦

1959 年,美國物理學家梅曼發明了世界上第一臺鐳射器,人類從此進入鐳射時代。

鐳射光源的出現,使得科學家們產生了將鐳射用於訊號傳輸的想法。但是,經過一番實驗後,科學家們發現,鐳射作為高頻訊號,衰減太快,無法進行長距離傳輸,於是紛紛放棄。

此時的高錕,就職於標準電信實驗有限公司(ITT 設在英國的歐洲中央研究機構),擔任研究工程師。他的主要研究方向,是鐳射在高頻波導管中空架構中的傳輸。

多次實驗後,高錕認為波導管導光是一條死路。於是,他改變方向,開始研究鐳射在透明材料介質中的傳輸。

▲正在做實驗的高錕

業界的研究人員也有過高錕相同的想法。但是,實驗證明,透明材料(玻璃)的衰減率過大,甚至還不如空氣。所以,大部分人都放棄了這方面的研究。

高錕並沒有輕言放棄,反而繼續深入鑽研。經過長達數年的反覆實驗論證,他發現,透明材料中的雜質含量,是鐳射衰減率過大的原因。

1965 年,高錕獲得倫敦大學電機工程博士學位。次年,也就是 1966 年,高錕和他的夥伴 G.A.Hockham,共同發表了一篇題為《光頻率介質纖維表面波導》的論文。

▲高錕的論文

在論文中,高錕明確提出,利用石英基玻璃纖維,可進行長距離及高資訊量的訊息傳送。當玻璃纖維的衰減率下降到每公里 20db 時,光纖通訊即可成功。

換句話說,只要解決了玻璃的純度和成分等問題,就可以將玻璃製作成光纖,用於通訊。

這篇論文,後來被視為 20 世紀通訊領域最偉大的論文之一,開啟了光纖通訊時代的大門,也改變了人類科技的走向。此時的高錕,只有 33 歲。

▲正在做實驗的高錕

現在我們都知道這篇論文意義非凡,但實際上,論文釋出之初,雖然引起行業關注,卻沒有人相信論文的結論。

就連貝爾實驗室,也認為高錕的設想不切實際。他們認為,高錕所設想的“沒有雜質的玻璃”,是不可能存在的。

為了尋找這種“沒有雜質的玻璃”,高錕造訪了各大玻璃工廠,還去了美國、日本、德國,跟專家們討論玻璃的製法,試圖說服他們進行相關的研究。

但是,大部分企業都拒絕了高錕的建議,不打算從事這種“無意義且耗資巨大的研究”。

唯一對高錕論文感興趣的,是美國的康寧公司(Corning Inc.)。康寧公司是成立於 1851 年的老牌玻璃製造廠,愛迪生髮明電燈的玻璃燈泡,就是他們家造的。

康寧公司意識到高錕論文的潛力和價值,低調啟動了高純度玻璃纖維的研發。

當時,康寧公司委派物理學家羅伯特・毛瑞爾(Robert Maurer),領導兩名新入職的年輕研究員:化學家皮特・舒爾茨(Pete Schultz)、實驗物理學家唐納德・凱克(Donald Keck),進行玻璃淨化的研究。

▲康寧的三位科學家

1970 年,通過外部氣相沉積法(OVD),康寧使用摻鈦纖芯和矽包層,成功製造出了損耗為 17dB / km 的光纖。這是世界上首根符合理論的低損耗試驗性光纖,正式開啟了光通訊時代。

兩年之後,康寧公司以摻鍺纖芯代替摻鈦纖芯,製造出了一條損耗低至 4dB / km 的多模光纖,再次引發行業震動。

此時,全世界才意識到,1966 年高錕的那篇論文是多麼的偉大和富有前瞻性。名譽和獎勵紛至沓來,高錕很快被譽為“光纖之父”。

這個時候的高錕,已經離開了 ITT。他於 1970 年返回香港,加入香港中文大學,籌辦電子系,並擔任了首任系主任。

1974 年,高錕又回到了 ITT 上班。不過上班地點不是英國,而是美國。當時,光纖已經逐步進行產品化階段,高錕來到美國弗吉尼亞州勞諾克的 ITT 光電產品部,擔任主任科學家,後擢升為工程主任。

整個 70 年代,通訊行業都在研究光纖的產業化。1976 年,第一條速率為 44.7Mbit / s 的光纖通訊系統在美國亞特蘭大的地下管道中誕生。1979 年,日本電報電話公司(NTT)研製出了 0.2dB / km 的極低損耗石英光纖。

到了 80 年代,光纖已經全面進入了商業化階段,全球各地都開始興建商用光纖通訊系統。

1982 年,高錕被 ITT 公司任命為首位“ITT 執行科學家”,主要在康尼迪克州的先進技術中心工作。1985 年,高錕來到聯邦德國,就職於 SEL 研究中心。與此同時,他也擔任耶魯大學特朗布林學院兼職教授及研究員。

這一期間,高錕的研究成果不少。他開發了實現光纖通訊所需的輔助性子系統。在單模纖維的構造、纖維的強度和耐久性、纖維聯結器和耦合器,以及擴散均衡特性等多個領域,他都做了大量的研究工作,成果卓著。

█ 掌舵港大,包容並蓄

1987 年,高錕再次返回香港,擔任香港中文大學的第三任校長。

他以自身在學術界的影響力,為中大招攬了大量的優秀人才。他推動成立了工程、教育、藥劑、會計等學院,創辦了多個研究所,開設多個新的本科及研究生課程,還推動實施了靈活的彈性學分制。

所有他的付出,都為中大成為世界級研究型綜合大學奠定了堅實的基礎。

然而,學術背景出身的高錕,並不太擅長複雜的人事和權術,經常被學校的行政事務搞得疲憊不堪。

在與學生的相處中,他仁厚的性格深受大家的尊敬,但個別學生對他謾罵和攻擊。這些學生認為,這個校長就是一個只會傻笑的“糟老頭子”。

1993 年,高錕被中央聘請為“港事顧問”,為香港迴歸建言獻策。結果,中大的學生認為高錕涉足政治,“喪失學術自由”。

有一次高錕上臺演講時,激進的學生不僅拉橫幅辱罵,還搶走了他的麥克風。更有個別學生,將裝有玩具娃娃的避孕套朝高錕扔去,暗諷學校“矇蔽”學生。

面對學生的挑釁和侮辱,胸襟寬闊的高錕既沒有生氣,也沒有懲罰。他認為,讓學生表達意見,才知道他們在想什麼。將來,學生思考自己的所言所行,才會懂得成長。

▲擔任校長時的高錕(左一)

高錕退休前,中大校報的編輯再次發文諷刺,標題是:“八年校長一事無成”。

殊不知,高錕每年都會親筆寫信給學生會和校報,感謝他們的工作。高錕還每年自掏腰包,私下捐給這兩個組織各兩萬港幣的補助金,請他們自行分配給家境比較困難的同學。

1996 年,高錕從香港中文大學退休,轉而擔任香港高科橋集團有限公司(TranStech Services Group Ltd)主席兼行政總裁,致力於科研成果的轉化。

這一年,為了表彰高錕對科學事業做出的貢獻,中國科學院紫金山天文臺將一顆國際編號為“3463”的小行星,命名為“高錕星”。

▲獲頒“高錕星”證書

同樣是 1996 年,高錕當選了中國科學院的外籍院士。

█ 榮獲諾獎,名至實歸

2003 年左右,高錕被診斷出患有“阿爾茲海默綜合徵”,也就是我們俗稱的“老年痴呆”。

隨著病情的發展,高錕的記憶力、表達能力逐漸下降,經常不認得以往的熟人,言談舉止也變得緩慢。幸虧有高錕夫人黃美芸的細心照顧,高錕才能夠維持較好的精神狀態。

▲高錕和夫人黃美芸

2008 年,為了離子女更近,高錕和夫人移居美國,住在加州舊金山附近的山景城。

2009 年 10 月 6 日,瑞典皇家科學院在斯德哥爾摩宣佈,高錕因其對光纖事業的重要貢獻,與另外兩名美國科學家威拉德・博伊爾和喬治・史密斯(發明了 CCD 電荷耦合器件)共同獲得了當年的諾貝爾物理學獎。

▲公佈獲獎名單現場

訊息一出,引發了全球尤其是華人媒體的強烈關注。此時,距離高錕論文釋出,已經過去了 43 年。高錕本人,也已經 76 歲高齡。

▲公佈獲獎當天的高錕

雖然身體狀態不佳,高錕仍在夫人的陪同下,親自到瑞典首都斯德哥爾摩出席頒獎儀式。

考慮到他的特殊情況,主辦方破例免除了他的頒獎禮儀。他不需要走到臺中領獎、鞠躬三次,而是瑞典國王卡爾十六世・古斯塔夫走到他面前,給他頒獎。高錕的獲獎演講,也是夫人黃美芸代勞。

▲頒獎現場

高錕獲獎後返港,受到了香港特區政府和人民的熱烈歡迎。香港特首曾蔭權、諾貝爾獎得主楊振寧及莫理斯出席迎接儀式。近百名記者蜂擁而至,爭相對高錕進行採訪。

然而此時的高錕,根本已經搞不清楚什麼是諾貝爾獎了。他只能在太太的攙扶之下,用笑容向眾人進行迴應。

不久後,高錕將諾貝爾獎牌、獎狀及另外 17 個獎項,永久捐贈給了自己曾經工作過的香港中文大學。

2018 年 9 月 23 日,高錕教授於香港逝世,享年 84 歲。告別儀式上,香港特首林鄭月娥親自到場扶靈。

2021 年 11 月 4 日,為了紀念高錕誕辰 88 週年,谷歌公司推出一個紀念塗鴉:

█ 結語

回顧高錕的一生,我們會發現,他是一個極其樂觀的人。他的幾乎每一張照片,都展示了純真的笑容,真的像一個孩子一樣。

他從來不計較別人對自己的攻擊,對名利也看得很淡。作為光纖之父,他沒有申請光纖的專利,放棄了成為世界上首富的機會。

他是這麼說的:“香港首富、全球首富,對我來說完全沒有意義。我無後悔、也無怨言,因為如果事事以金錢為重,一定不會有今日光纖的成果。”

他還說:“我也是一個普通人,在世界上行走一圈,能留下一點腳印,我已經心滿意足。”

言語之間,充分展現了他豁達的人生態度,以及廣闊的胸襟。

最後,讓我們用美國第一位黑人總統的評語來結束今天的文章:

“你(指高錕)的研究完全改變了世界,促進了美國及世界經濟的發展,我本人為你而感到驕傲,世界欠你一個極大人情。”

致敬!偉大的光纖之父,高錕!