希望做出能改变教科书定论的有意思的科研——访上海市科创启明星协会理事田野 | 今日启明星

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田野

中国科学院上海光学精密机械研究所研究员

作者序

采访田野星友的理由足够充分，他是2026年7月24日召开的启明星协会换届大会上新当选的启明星协会理事；同月2日召开的2025年度上海市科学技术奖励大会表彰的青年科技杰出贡献奖名单中，田野的名字赫然在列。在启明星换届大会上我向他表示祝贺时提出希望采访他，他很爽快地答应了。

没几天他应我之约发来了简历。我一看就庆幸自己找对了人，这位本土培养的科学家的简历中不止一处出现了“申请人提出了某某，发现了某某”之类的表述，这差不多就是说申请人已在激光和光学领域做出了若干有可能改写教科书定论的工作。在对科研成果表述越来越严谨的今天，没有足够的底气是不敢这样表述的。

这也就更激起了我采访这位2018级星友、中国科学院上海光学精密机械研究所（光机所）研究员的欲望。于我而言，这也是时隔10余年后再次踏访这座中国激光光学研究的重镇。我对此访抱有很大的期待，这位做出令国内外同行瞩目工作的青年科学家是如何一步步走到今天的。

爷爷奶奶是成长的启蒙之师

田野1986年出生于黑龙江省庆安县。父母是个体户，开了家小超市养家。田野从小跟爷爷奶奶住一起，爷爷是老红军，解放战争时在“四野”当兵，后参加抗美援朝。回国后随部队到黑龙江虎林地区的生产建设兵团屯垦戍边。有了家庭、过上安顿日子的爷爷1960年代后期依然响应国家召唤，再度操起枪械参加了珍宝岛自卫反击战。

爷爷是军人气派，脾气很倔，有正气感，生前特别溺爱田野这个唯一的孙子。跟他讲了不少他当兵时的事，急行军转移，有一顿没一顿，渴了就扒口雪。爷爷看了电视上播的纪录片就会有感而发，跟孙儿讲人间正道与世事沧桑。

除了爷爷，对田野成长帮助更多的是奶奶。大户人家出身的奶奶却特别能吃苦，家里所有的家务都是奶奶在操持，收拾得井井有条。年少的他从奶奶身上学到了要想有收获必须先有付出。如今年近九旬的奶奶和爸妈都在上海，住在靠近田野的小区方便帮着照顾第四代。看到孙子现在的进步奶奶自然非常开心。

上高中后田野不但理科突出，数理经常满分，文科政史地成绩也可以排到年级第一，在班级上综合成绩最高时甚至比第二名高出100多分，班主任也设置了奖学金给能超越他的同学，以鼓励大家。

2004年高考前估分，田野的成绩有望进入清华北大，他也填报了北大医学部本硕博8年制的临床医学专业，选临床医学可能跟爷爷晚年病痛有关。但田野只选择了临床医学且不服从专业调剂，遗憾未被录取，但转机是没几天哈尔滨工业大学（哈工大）来电话通知他被录取，虽然比录取分数线高了六七十分，但田野还是选择了这家享誉国内的985强校，并选择了与他现在从事的工作密切相关的光信息科学与技术专业。

受“执着、献身、攀高峰”的实验室文化滋养

哈工大四年，有个同学对田野影响很大，他每天几乎除了吃饭睡觉都在看书，一个人能在寝室楼里的自修室看一天书。除了专业书以外，文史哲类的书他也看。这也促进田野养成了看书的习惯。

田野不仅读了玻恩（Born）和沃尔夫（Wolf）所著的《光学原理》英文原版等专业书，还看了《爱因斯坦文集》、牛顿的《自然哲学数学原理》等书籍，以及《人生的枷锁》《月亮和六便士》等英国作家毛姆（Maugham）的书和获茅奖的一些作品。那段时间他还当过学校图书馆的勤工俭学管理员。

本科临近毕业那年（2008），他放弃了本校保研的机会，想到更广阔的天地看看，他受一位一门心思想考上海光机所的同学的影响，两人就一起备考并都如愿考进光机所读研究生，那位同学去了王育竹院士的量子光学实验室，田野考了400多分成为光学专业第一名（田野讲当年光学专业课考卷很难，他的高分得益于对光学原理原著的深入学习）。

他如愿考入了徐至展院士开创的强场激光物理国家重点实验室（强光实验室）。实验室在田野2008年进入时已有近20位研究员，形成了徐院士倡导的“执着、献身、攀高峰”的实验室文化。

从1980年代发现强激光穿过惰性气体时会产生高次谐波，为阿秒脉冲生成奠定理论基础，到2001年成功获得阿秒脉冲，首次实现阿秒脉冲的可测量与可应用，这一系列从原理突破到试验方法、技术的步步突破无不是多个科学家团队多年接续研究的结果。

强场领域诞生的阿秒光脉冲技术获得了2023年诺贝尔物理学奖，很好地说明了强光实验室的判断和定位正确。田野从中悟得：一些看似早已解决的物理现象及其原理阐释里其实很可能还隐藏着值得深究、未解的科学问题。他也因此对徐院士等老一辈科学家当年创办强光实验室的学术定力和远见更生敬佩。

“不务正业”的工作提出了不同于教科书定论的新见识

回到2009年田野刚进强光实验室那会儿，他最初的选题是研制强激光跟等离子体作用后产生波谱的光谱仪和针孔相机等，作为其博士课题的一部分。

“当时有点不走寻常路的我觉得光谱仪样机研制不够高级，不是那种机理性的研究，就有些叛逆。”田野把光谱仪和针孔相机的工作放在一边，一头扎进实验室去看师兄们的强激光实验。

正好彼时实验室也需要人手来搞清楚原子、分子、团簇、等离子体在实验室里呈现的那些现象与机理的关联，而这正是田野想做的事。这种“不务正业”的状态持续了近两年。一开始没有感受到毕业课题压力的田野还会带着大家一起打羽毛球（他一度负责所羽毛球协会工作并乐此不疲）。离毕业还有二年，田野继续在实验室里做自己喜欢的事，光谱仪和针孔相机研制的事他仍不着急。

不久出现了新情况，实验室里有一半研究人员外出参与项目攻关。实验室一下子空了下来，实验设备也大都闲着。田野马上想到抓住这难得的机会，利用空闲设备做自己一直想做的强激光电子发射效应的实验，当然这跟博士课题无关，就是兴趣使然。

另外，田野心里也清楚如果他能利用这段时间做出点名堂来，博士毕业没有问题。

于是在两个月时间里，田野每天十几个小时待在实验室做实验，支持他的就是一种执念：想知道相对论强场下电子发射的效应是什么，是否和教科书上讲的一样。

功夫不负有心人。实验结果出来了：电子不是在光波的任何时间点都直接发射的，而是由光波的波节发射出来。这个结论与已有教科书原理“布鲁诺电子机制”迥异。田野进一步从理论上推导出电子在光波的波节位置。

徐院士和李儒新、刘建胜老师等听了田野的汇报都非常兴奋，让他尽快把文章写好投《物理评论快报》（Physical Review Letters），该文得到审稿人高度认可，并顺利在该刊上发表。田野后来获得了中国科学院院长奖学金。

文章发表后田野受邀到在美国加州大学洛杉矶分校举行的国际会议上作报告。会上他得知一位法国同行（国际激光物理领域的奠基人之一）看到他们那篇文章后曾写了一篇评论给《物理评论快报》，说这个工作有错。《物理评论快报》专门针对来信提出的质疑进行了讨论，一一核对后驳回了其观点，认为作者的结论、原理表述没有问题。这位法国学者接受了回复，并在那次会议上向田野郑重道歉。

田野当即对这位他也十分尊敬的法国学者说不用介意的，不同意见的争论在同行中非常正常。这位法国学者让田野把这个原理再跟他讲一遍，田野毫无保留，甚至一些具体参数细节也和盘托出。徐至展院士等在知道了这件事的来龙去脉后对田野的得当处理亦赞赏有加。

“后来他们实验室2016年在《自然-物理学》（Nature Physics）上发表了一篇文章，实现了激光直接加速电子。他们那篇文章从原理到实验结果、计算模型跟我们的文章高度一致，当然他们也有创新。”虽有遗憾和教训，但田野仍在第一时间祝贺了这位法国学者。

证明电子能量转化成光波的原理存在

博士毕业后的田野一度考虑申请出国深造，想能有机会到国际知名机构去见识一下。他也请教了时任光机所所长的李儒新老师，他对李老师的研判印象深刻：“现在我们与西方在强激光物理方面的差距已经非常小了，我们国家现在和未来几年对高水平科研的支持力度会大幅上升。”田野后来也坚定地留下来安家努力工作，很快田野也享受到了嘉定区优秀人才购房的政策。

不久（2015年），斥资5个亿建造的国家重大科技基础设施——上海超强超短激光实验装置（“羲和”激光装置）立项。羲和项目是要做一台大型激光器，用这个激光装置去研究重要的物理效应。田野一直设想去做一些更有意思，可以改变教科书定论的东西。李所长特别支持年轻人的想法，鼓励他去做一些感兴趣的工作。

2016年，田野提出了一个有点天马行空的做自由电子激光的想法：激光打在数十微米直径的普通金属丝上，让电子绕着金属丝转，它就会发光呈螺旋形旋转。让电子在微小尺度上不停地横向振荡，有可能在微小尺度内实现电子能量转化成光波，以使电子同步辐射效应小型化。2016年田野等完成这一实验，证明微米尺度上电子能量高效率转化成光波这一原理存在。

文章投给国际光子学期刊《自然-光子学》（Nature Photonic）后很快获得发表。国际同行这样评述这项工作：在太赫兹强辐射源领域提出并验证了新的原理，将对领域带来变革性影响。这个工作入选2017年中国光学年度十大进展。田野也凭借强激光新型辐射源和电子动力学等方面的突出贡献，破格成为光机所特聘研究员和博士生导师，31岁即成为所里最年轻的博导。

田野讲近十年间所里已经涌现出更多年轻的“引进人才”博导，他非常乐于与这些同龄科学家“一起共享咖啡时光”。

“研究组长年轻化是近年来中国科学院科研发展的重要趋势，验证了科学研究是有黄金期的这一规律。”

此后田野和李儒新团队于2022年阐明了这是一种微尺度的自由电子激光新原理，在一根头发丝直径大小的金属丝上他们实验观测到了“微光”经历指数增益放大变成“激光”的受激辐射光放大过程，他们这一成果也成功登上《自然》（Nature）期刊。

左图引自《自然》期刊哈佛大学学者里韦拉的文章，电子与表面波之间接续耦合放大最终产生激光。右图为央视新闻频道的报道图片（从左至右依次为团队成员张冬冬、白亚锋、田野、曾雨珊）

田野介绍说，哈佛大学学者尼古拉斯·里韦拉（Nicholas Rivera）在同一期的《自然》上撰文指出“这可能是首次观测到激光诞生的全过程”。

这些工作在国际上引起广泛关注和发展，国际上包括美国、欧洲、日本等国家和地区利用强激光装置开展针对该原理实现强太赫兹辐射源的测试。

田野介绍，依据这个原理的思考和科学设计并没有停止，希望有一天能达到这样的效果：可调试不同波长的激光都能在一张桌子尺度内实现目前同步辐射光源装置的效果，即一个足球场范围的加速器装置空间缩小到一张桌子范围内。由此尺寸和成本将大大降低。

“这样一个科学设想一旦实现，将在原理和技术层面带来重大突破，甚至称之为科技革命都不为过。”

受科幻作家启发进入球状闪电领域

在我的提问单上还有一个是希望了解他们已经完成的球状闪电工作。田野说球状闪电和上面谈到的微尺度自由电子激光是在一个装置上完成的。

2017年底，中国科学院科技传播局安排了一次科学家与科幻作家的圆桌交流，田野受到了邀请，刘慈欣等也在场。科幻作家抛出的问题是强激光能干什么？田野回应说能制造恒星内部、黑洞边缘的能量密度。田野当时并不了解球状闪电的机理，对刘慈欣的了解也不多，只是对《三体》略微有些了解。（会后他查资料发现，读者常将《球状闪电》看作《三体》的前传。）

这次科学家与科幻作家的交流座谈激发了田野对球状闪电的研究兴趣。他找到几位苏联和欧洲在球状闪电方面做过杰出工作的科学家的论文，如诺奖得主和捷克科学家等都曾提出孤子的理论来解释球状闪电，国内武慧春等学者也认为球状闪电就是微波的电磁孤子。

田野要做的是在实验中呈现球状闪电现象并解释其机理。“如果没有那次与科幻作家的交流，我大概率不会想到要做球状闪电。”当时也没有项目支持他做这件事。

球状闪电（本质即电磁孤子）的艺术效果图

好在当时羲和装置已经做出来，且正在考虑可以利用它做些什么。田野突然想到是否可以用羲和装置来做球状闪电实验？

实验中，田野团队准备了一段尖端50纳米曲率的金属丝，用激光去打金属丝端部时，金属丝上的电子会基于前面提到的“微尺度自由电子激光原理”发射超强表面波激光。表面波一旦触达金属丝尖端，尖端部位的场强可以达到每米100亿伏，在这个位置释放的气体就会瞬间产生类似球状闪电的小型发光体。反复多次重复后实验严格证实了这本质上就是电磁孤子。

这篇关于球状闪电研究的文章在《自然-光子学》期刊见刊后，等离子体物理专家布拉诺夫（Bulanov）发表评论说：“这个工作是破解球状闪电谜题的关键一步，并且电磁能量的约束机制提供了原理性论证”。

田野提到，近期国际上诺贝尔奖（2018年）得主莫罗（Mourou）等同行正在研究电磁孤子聚变的方案。由于理论计算显示电磁孤子的温度、密度、持续时间等参数与聚变条件很接近，如能进一步了解人造太阳的自约束机制，或有望走出一条聚变研究的新路。

田野不仅回应了“破解自然界未解之谜”的诉求，还有望为能量约束机制研究带来新的视角。

“启明星对我意义重大”

田野是前不久科创启明星协会换届大会上产生的新一届理事会理事。话题切到启明星，田野不吝对这一培养过他的人才计划的好评：“我是在32岁那年得到启明星计划资助的，它是我拿到的第一桶金。不仅仅是项目经费上的资助，我更是把入选该计划看作党和政府对我和对我科研潜力的认可。启明星计划已经实施35年，无论其遴选的严格程度和公信力都得到社会的认可。能成为启明星一员，对我意义重大。”

作为协会理事，田野的一个建议是启明星协会已经是一个很好的学术交流平台，也形成了一些有效的交流机制，希望能在不同类型的论坛上多一点不同专业星友的碰撞。

“譬如我们光机所的星友可以发起一次未来光源和未解之谜的讨论或小型论坛，邀请对未来科技感兴趣的不同专业方向的星友一起交流。这种交流会有潜移默化的作用。上面提到的我们对球状闪电的研究兴趣就源自2017年那次与科幻作家的碰撞交流。”在田野看来，跨界交流异常重要。

鼓励科技工作者敢闯无人区

除了科研工作，田野在研究生培养上也竭尽心力，这些年他已先后培养了十余位硕博研究生。田野热心于研究生带教的原因之一是能通过教学保持自己对科研的敏感和锐度。

“每代科研人的思考与精神需要接续传递，也需要更多年轻人不断加入进来，互相影响。课题组内已有不少青年科研人员展现出超前的学术视野，他们的有些想法超出我的预期。”

在田野十几平米的办公室里有一张长约2米的桌子。这张桌子的最大功能是经常有十来位学生一起在这里讨论。作为会议标配的电视大屏幕是他从家里带来的。

田野说起毛泽东主席和中国激光研究的一件往事。1963年，在听取时任国务院副总理聂荣臻汇报时，毛主席说了这样一段话：“死光（指激光），要组织一批人专门研究它。要有一批人吃了饭不做别的事，专门研究它。没有成绩不要紧。”

田野说所里的同志每当看到毛主席这段话时都很振奋，觉得应该让更多人知道，“半个多世纪以来，随着科学研究的巨大进步和人们对科学探索意义更本质的认识，越来越体现出这句话的预见性和深邃性”。光机所新近调整完善的所史展完整地展示了那段意义深远的话。

在田野看来所史展突出伟人这段话的用意很明显：在鼓励科技工作者敢闯无人区，做前人没做过的工作的当下，非常需要这种状态和定力。

这次访问我通过和田野比较深入的交流和对他的工作状态、专注力的了解，发觉一个小秘密，田野之所以能让自己的学术爆发期维持较长时间，可能与他几乎把所有时间都用在工作上有关，包括思考、看文献、与同行和学生讨论。领导在他取得成绩的几个节点都不拘一格地对他破格任用，打破了他职业发展的诸多“天花板”。

相比较，我接触到的不少也相当优秀的青年科学家则因为种种原因的牵制（行政管理、考核、申报、评审鉴定等），能真正投入科研的时间连工作时长的三分之一都不一定保证，甚至经常要用双休日来做科研。所以也是借此机会表达美好的愿望，希望光机所这种鼓励原创，支持青年人大胆试、大胆闯的科研单位和田野这样心无旁骛、就是喜欢做点科研的青年科学家能在上海蔚然成风。

-本文刊载于《世界科学》杂志2026年第10期“今日启明星”专栏-

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