朱棣文的奇幻人生从加州大学伯克利分校开始，在这所以基础研究著称的高等学府，他深受着“基础科学至上”观念的熏陶。导师曾反复告诫他：“应该把精力集中去研究那些涉及物理学根本问题的课题，这些问题一旦解决就会导致科学技术的重大突破。”朱棣文和他的同学们也认为，他们只需要关注物理学最基本的问题就可以了。
然而，1978年，当朱棣文结束了在伯克利的博士后生涯，他却放弃了留校从事基础研究的机会，进入了以研发“象牙之塔”著称的贝尔实验室。贝尔实验室的主任告诉他，“创新包括着把想法变成有用东西的整个创造过程，包含了从简单到复杂的过程和从改变或创造整个产业的根本突破直到大而复杂的系统等的广泛技术进展过程。”在这里，他接触了一种全新的研究模式，颠覆了他对创新固有的认识。
正是在贝尔实验室，朱棣文发明了用激光冷却和捕陷原子的方法，这一成就使得他荣膺诺贝尔物理学奖。瑞典皇家科学院在公报中指出，这一成果使得研究者可以在前人所无法到达的领域内操控物质，对于增进人类对辐射与物质间交互作用的理解贡献较大，有助于深入了解低温下气体的量子物理行为和物理特性，使得对单个原子及其内部结构进行精确研究成为可能。
然而，对于朱棣文本人而言，这项工作的意义绝不仅仅是公报中所述的基础科学价值，他更关注的是这项研究具有广阔的应用前景。他利用激光冷却与原子捕陷技术的方法，创造了一种高精度测量原子光谱特性的装置，为进一步制造最精确原子钟计时器铺平了道路。他研制的原子干涉重力仪，能够大幅度地提高测量重力加速度的灵敏度,可以应用于矿产勘探和油气资源的探测。他利用激光冷却原理，成功将重力加速度g的测量精度提升到十亿分之三。这一研究成果被物理学界誉为现代版“比萨斜塔实验”。
1987年，朱棣文被聘为斯坦福大学物理系的教授，三年后，他又成为物理系的主任，成为该系第一位华裔教授和第一位华裔系主任。此时的朱棣文，已经在国际物理学界拥有尊崇的地位，作为激光冷却与原子捕陷研究的开拓者和引领者，他完全可以在既有的研究领域持续深入。然而，已近不惑之年的朱棣文开启了科学生涯的又一次转向，进入物理学和生物学的交叉领域开展“Bio-X”研究。
朱棣文之所以做出这一决定，因为他认为应用层面的研究成果会带动基础科学的进步，甚至是突破性的进展。他敏锐地关注到当时生物纳米技术以及生物分子水平上的一些仪器及跟踪和检测技术的最新进展，特别是原子显微镜及微制造技术的突破性进展。在朱棣文的积极推动下，斯坦福大学建成Bio-X研究中心，包括60多个系的250多位专业研究人员加入了Bio-X研究团队，致力于分子和细胞的结构与功能、组织工程学、计算机生物学、系统神经科学和认知神经科学等方面的研究。
2004年6月，朱棣文出任劳伦斯伯克利国家实验室的主任。美国《科学》杂志在解读这一任命时指出：“朱棣文利用高能物理学技术对生物分子方面所进行的研究，与伯克利实验室的未来发展非常合拍。”然而，在劳伦斯伯克利实验室，朱棣文并没有延续生物分子方面的研究，而是将能源安全作为新的研究方向。2007年，他在参加材料研究学会秋季峰会时指出：“当今世界，能源安全、经济竞争力和环境是维系国家安全的重要因素。这些因素的核心是获取安全、洁净、廉价和可持续利用的能源。”在劳伦斯伯克利，朱棣文开始由一名专业科学家向公众科学家的转变。他担任国家健康和核安全协会的主任，并负责国际科学院间的能源研究项目，用实际行动感召更多的科学家投身能源领域的研究。
四年之后，美国当选总统奥巴马宣布了新政府的能源环境团队名单，任命华裔科学家、诺贝尔物理学奖得主朱棣文为能源部长。朱棣文也成为继布什政府的劳工部长赵小兰之后，第二位入阁美国联邦政府的华裔部长。从物理学家到能源部长，朱棣文的视野已经由能源技术研发，拓展到能源行业的管理乃至联邦政府能源政策的制定。
从伯克利时代的的激光光谱学，到贝尔实验室的激光冷却技术，再到现在从事的能源科学与新燃料技术研究，看似是不合逻辑的进展，实则是一名物理学家改变世界进程的生动写照。作为中华民族血脉的延续，朱棣文的奇幻人生，从“学以致用”开始，在“兼济天下”中持续。
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