光子晶体巨匠：约翰·约安诺普洛斯如何塑造物理学与科技未来？
麻省理工学院弗朗西斯·赖特·戴维斯物理学教授、士兵纳米技术研究所（ISN）主任约翰·约安诺普洛斯（John “JJ” Joannopoulos）于8月17日安详辞世，享年78岁。他在凝聚态物理理论领域是一位多产的研究者，更是光子晶体研究与应用的早期先驱。约安诺普洛斯教授通过对材料如何操控光线的深入探索，取得了诸多颠覆性发现，这些发现催生了从芯片级光学波导、无线能量传输、健康监测纺织品到精密光基外科工具等一系列变革性、甚至拯救生命的技术。
他逾半个世纪的卓越职业生涯全部奉献给了麻省理工学院。在那里，他不仅以其杰出的科学贡献而闻名，更以其慷慨且坚定的导师风范赢得了广泛尊重。他特别重视与众多前学生和博士后保持丰富而富有意义的合作关系，这些学生和博士后中，有数十位已在顶尖大学担任教职，并在公共和私营部门担任领导职务。在MIT的五十年里，他不仅在科学领域，也在人际交往中建立了持久而深刻的联系。
早期求索：从第一性原理到光子学的萌芽
约翰·约安诺普洛斯于1947年出生于纽约市，父母均从希腊移民。他的父亲是一位剧作家，母亲则是一位心理学家。约安诺普洛斯从小就知道自己想成为一名物理学家——这主要是因为物理学是他学生时代最具挑战性的科目。在最近接受MIT新闻采访时，他充满热情地分享道：“你可能不会相信，但这是真的：我高中时就想成为一名物理学教授！我热爱与学生一起工作、能够提出想法的感觉。”
他于1968年在加州大学伯克利分校获得学士学位，并于1974年获得物理学博士学位。同年，他加入了麻省理工学院的教职，并在此度过了他50余年的职业生涯。尽管当时在MIT获得长期立足的机会似乎微乎其微，正如约安诺普洛斯向MIT新闻所说的那样：“物理系主任、著名核物理学家赫尔曼·费什巴赫告诉我，我获得终身教职的概率只有30%左右。但当一个人年轻、刚刚起步时，这总比零要好，我想，那也挺好的——未来仍有希望。”
在MIT的初期，约安诺普洛斯教授清楚地知道自己的目标。他迅速组建了一个团队，专注于理论凝聚态物理，特别是“从第一性原理”（ab initio）出发的物理学研究。在这项初始工作中，他旨在仅根据材料中原子的原子序数，建立理论模型来预测材料的电子行为和结构。这种基础模型可以应用于理解和设计各种广泛的材料和结构。
然而，在20世纪90年代初，约安诺普洛斯教授的研究方向发生了转变，这一转变受到了加州大学洛杉矶分校物理学家伊莱·亚伯隆诺维奇（Eli Yablonovitch）一篇论文的启发。该论文初步探讨了能够影响光子行为的材料。约安诺普洛斯教授认识到这与他最初的电子第一性原理研究之间存在关联。他与学生们一起，将这种方法应用于预测不同类别材料中光子的基本行为。他的团队是首批开创光子晶体领域的研究者之一，专注于研究如何通过纳米尺度的材料操控来控制光线的行为。1995年，约安诺普洛斯教授合著了该领域的第一本教科书。
光子晶体：操控光线的艺术与“完美镜面”的诞生
1998年，约安诺普洛斯教授颠覆了一个拥有百年历史的光线反射假设。这个假设预测，光线照射到由多层折射材料构成的结构上时，只能在有限的角度范围内反射。但约安诺普洛斯教授和他的团队发现事实恰恰相反：如果该结构的层按照特定设计标准排列，那么整个结构可以反射来自任何角度的光线。这一突破性的结构被命名为“完美镜面”（perfect mirror）。
这一洞察又引出了另一个发现：如果将这种结构卷成一根管子，由此产生的空心纤维就可以作为完美的“光学导管”。任何通过该纤维的光线都会在其中反射和反弹，而不会有任何散射损失。约安诺普洛斯教授和他的团队将这一发现应用于开发出第一款精密“光学手术刀”——一种可以安全操作的纤维，它能提供高度聚焦的激光，其精确性和能量足以执行精细的手术操作。约安诺普洛斯教授通过初创公司Omniguide帮助将这项新工具商业化，此后Omniguide已为全球数十万次医疗程序提供了光学手术刀的辅助。
跨界融合：纳米科技与国防应用
2006年，约安诺普洛斯教授执掌麻省理工学院士兵纳米技术研究所（ISN），这一职务他坚守了近20年。在他尽职尽责的任期内，他与校园内及自己部门之外的ISN成员紧密合作，了解并支持他们的工作。他促成了MIT教职员工、行业伙伴和美国国防部之间的无数合作。在他支持的众多项目中，包括轻量化装甲、高光谱成像、高能效电池以及智能响应织物等领域的创新。
约安诺普洛斯教授成功地将许多基础科学洞察转化为实际应用。他是基于其基础研究的六家衍生公司的联合创始人，并协助创建了数十家公司，这些公司推动了从激光手术工具到无线电力传输、透明显示技术和光计算等广泛的技术进步。他因其众多发现获得了126项专利，并发表了750多篇同行评审论文。
灯塔般的导师：传承与启发
作为一名导师，约安诺普洛斯教授享有传奇般的声誉。麻省理工学院材料科学与工程教授、约安诺普洛斯教授的前学生兼长期合作者Yoel Fink博士评价道：“约翰是一位科学巨匠、一位鼓舞人心的领导者、一位杰出的沟通者，他拥有一颗慷慨而充满爱意的心。他选择看到人们的优点，始终保持思想和心灵的开放。他对自己要求甚少，却把一切都奉献给了他人。约翰过着富有深远影响和意义的生活——品味着求真探寻的细节，取得了罕见的发现，并指导了一代又一代的学生追求卓越。凭借着温暖、幽默和永无止境的乐观精神，JJ对科学以及所有有幸认识他的人都产生了不可磨灭的影响。最重要的是，他是一位慈爱的丈夫、父亲、祖父、朋友和导师。”
ISN副主任、MIT航空航天系教授Raul Radovitzky表示：“最终，他最非凡之处在于他无与伦比的人性，他让你觉得你是世界上最重要的人，值得他所有的关注，无论你是谁。他留下的遗产不仅仅是方程式和创新，更在于他所触及的生命、他所启发的思想，以及他所到之处散布的温暖。”
麻省理工学院天体物理学教授兼物理系主任Deepto Chakrabarty评价道：“JJ是一位非常特别的同事：他是一位才华横溢的理论家，同时擅长识别实际应用；他是一位充满关怀、鼓舞人心的年轻科学家导师；他是一位天赋异禀的教师，能叫出班上每个学生的名字。他将被深切怀念。”
约翰·约安诺普洛斯教授坚持不懈地支持他的众多学生。在课堂上，他“堪称传奇”，正如他的朋友兼同事、麻省理工学院物理学荣休教授Patrick Lee所回忆的，约安诺普洛斯教授会在开学第一天记住100多名学生的名字和面孔，从第二天开始，并在整个学期内直呼其名。更重要的是，约安诺普洛斯教授鼓励研究生和博士后追随自己的想法，即使这些想法与他自己的观点相悖。“约翰没有培养出克隆人，”李教授说，“他通过榜样、关怀和分享他的乐观主义，向他们展示了做科学的方法。我从未见过有人如此深受学生爱戴。”
即便那些离开光子学领域研究的学生也与他们的导师保持着密切联系，正如他的前学生、麻省理工学院教授Josh Winn所做的那样。“尽管我们一起工作已是25年前的事，我现在从事的领域也不同，但我仍然觉得自己是约安诺普洛斯学术家族的一部分，”现任普林斯顿大学天体物理学教授的Winn说。“这是一个忠诚的团体，分支遍布全球。我们甚至有自己的一系列会议，由前学生组织，以庆祝约翰的50岁、60岁和70岁生日。大多数教授能有一场这样的‘Festschrift’（纪念文集）来纪念他们的遗产，都会觉得自己很幸运。”
麻省理工学院数学教授Steven Johnson，作为约安诺普洛斯教授的前学生和频繁合作者，亲身经历并多次见证了约安诺普洛斯教授慷慨开放的指导方式。“在每一次合作中，我总是看到他广撒网，重视多方声音，确保每个人都感到被包容和被重视，并鼓励跨团队、跨领域和跨机构的合作，”约翰逊教授说。“他善良、慷慨，充满感染力的热情和积极性，为他那些幸运的学生树立了一个努力效仿的榜样。”
约翰·约安诺普洛斯教授与Marc Kastner大约在同一时间开始在MIT工作，他们的办公室在13号楼的二楼。“我经常听到约翰办公室里传来喧闹的争论声和爽朗的笑声，那是他和他的学生们在辩论物理学，”麻省理工学院唐纳物理学荣休教授Kastner回忆道。“我确信正是这种互动方式使他成为一位伟大的导师。”
“他散发出对科学的巨大热情和对他人友善，与他在一起总是充满乐趣，”他的朋友兼同事、麻省理工学院物理学荣休教授Erich Ippen补充道。“约翰确实是一位伟大的人——一位非常特别的人。所有与他共事过的人都明白这一点，”斯坦福大学物理学教授、约安诺普洛斯教授的第一批研究生之一、1998年诺贝尔物理学奖得主Robert Laughlin说。“他将一种变革性的魔力粉洒向人们，促使他们将清醒的每一刻都奉献给创造新事物和美妙事物的任务。你可以在世界上许多重要的地方找到它的痕迹，所有这些地方都因此变得更好。我的办公室里就有一大堆。”
荣誉与遗产：一位物理学家的永恒印记
为表彰他广泛的影响和贡献，约安诺普洛斯教授当选为美国国家科学院院士和美国艺术与科学院院士。他还是美国物理学会和美国科学促进会的研究员。在他50余年的职业生涯中，他获得了许多科学奖项和荣誉，包括Max Born奖和Aneesur Rahman计算物理学奖。约安诺普洛斯教授也是一位天赋异禀的课堂教师，并在MIT获得了Buechner物理教学奖和科学研究生教学奖。
今年，约安诺普洛斯教授获得了麻省理工学院的Killian成就奖，该奖项旨在表彰MIT教职员工的非凡终身贡献。除了约安诺普洛斯教授在科学领域取得的诸多成就外，奖项引文还强调了他对所指导的几代学生的持久影响：“约安诺普洛斯教授曾是几代学生的传奇导师，激励他们在科学上追求卓越，同时通过创业促进社会实际利益。通过所有他影响过的个人——更不用说他们的学术后代——约安诺普洛斯教授对近几十年的科学发展产生了巨大影响。”
他的前博士后、与他共同创立Witricity公司的MIT教授Marin Soljacic回忆道：“JJ是一位了不起的科学家：他发表了数百篇论文，被引用了近20万次。他也是一位连续创业者：他共同创立的公司筹集了数亿美元，雇佣了数百人。他是一位了不起的导师，一位亲密的朋友，对我来说就像一位科学父亲。他总是为我腾出时间，无论何时，无论我需要多少时间。”
约安诺普洛斯教授的遗产超越了纯粹的科学发现和技术创新。他以其无与伦比的人格魅力、对知识的无限热情以及对下一代科学家的无私奉献，成为了一个时代的标志。他的生活和工作生动地诠释了科学与人性的完美融合，他所传播的智慧和温暖将继续照亮物理学界乃至整个社会的未来。他留下的不仅仅是方程和专利，更是他所触及的生命、他所启发的思想，以及他播撒在世界各地的温暖之光。他的精神财富将永远激励着后人，在追求真理的道路上不断前行。
约安诺普洛斯教授的家人包括妻子Kyri Dunussi-Joannopoulos；他们的三个女儿Maria、Lena和Alkisti；以及他们的家人。葬礼和追悼会的详情将随后公布。
