2018年12月19日凌晨,世界上最早的国际性科技期刊《自然》杂志12 月 19 日凌晨发布了对科学界产生重大影响的“2018 年度十大人物。可惜中国的大部分人都并没有关注过这个消息。
《自然》网站截图
这十个人都是这一整年对世界科学家产生重大影响的人,2018共有两位中国人上榜,而他们两人产生的影响刚好一坏一好。坏的自然是贺建奎,他宣布编辑了一对双胞胎女婴的基因组,引发全球关注。他的做法受到了普遍批评,人们谴责其无视伦理,并将双胞胎女婴置于潜在风险之中。而另外一个人的名字,叫做“曹原”。他荣登了2018年度十大人物榜首,年仅22岁,他所做出的成就甚至开创了物理学一个全新的研究领域。我很遗憾,那天的微博热搜没有他!
少年聪慧,14岁考入科大少年班
曹原出生于1996年,是一位标准的90后,许多人这个年纪还在刚刚大学毕业,可他却早已是麻省理工的博士生。
他从小就聪敏异常,也是一个活泼好动的熊孩子,出生于四川的他3岁随父母迁入深圳。这个熊孩子从小就喜欢插嘴、接嘴,有时候甚至喜欢和老师顶嘴。可以说并不是人们想象中听话懂事的乖学生。
曹原特别喜欢捣鼓电子产品,深圳电子数码产品丰富,给予了他广阔的自由发挥的空间,他经常跑去深圳的电子市场,一待就是一整个下午。动手能力超强的他更是自小就喜欢搞实验,曾因硝酸银太贵,买了硝酸偷偷把母亲的银镯子放进去,合成硝酸银。
207年,11岁的他因为成绩突出,特意将他从福田的景秀小学选拔到了深圳耀华实验学校读小六(2)超常班,这所学校创办于2004年5月,这所学校主打超常教育。
超常教育是针对智力等方面处于常规状态的人群而实施的教育和训练,旨在使常态人群(不仅仅局限于儿童)通过接受特别的训练获得超常的发展,这种教育模式即使在欧美的教育体系中也还没有专门的课程,耀华就是这方面的先行者。
当时该校主管超常教育的副校长叫做朱源。曾任教中科大少年班20多年,历任七届少年班,并担任过著名的零零班班主任。
就像上面说的曹原特别热衷于动手实验,有非常强的自学能力,善于钻研,再加上特别淘气,课桌、黑板、投影仪、电脑都没能逃过他的“毒手”。
可是曹原的行为并没有受到批评,而是打动了校长朱源。耀华学校特意针对他的学习能力和个性需求,把他和其他两个能力较为突出的学生王嘉乐、范紫黎三人单独成班,学校为他们腾出了一间校长办公室,组建了专门的教师团队进行单独培养。虽然不如曹原如此知名,但是王嘉乐、范紫黎也都在牛津大学、洛杉矶分校攻读博士。
在短短三年的时间,他先后读完小学六年级、初中和高中的课程。在朱源的举荐下,在2010年,才14岁的曹原以669的高考成绩被中科大少年班录取。进入了“严济慈物理英才班”。
被中国科大少年班预录取的学生曹原、王翔宇
中科大展露头角,老师对其赞不绝口
在中科大少年班期间,14岁的曹原并没有就此懈怠。在大学学习期间,曹原又以优异的成绩获得了中国科学技术大学的“郭沫若奖学金”。
进入大学的曹原却并没有如小时候一般活泼好动,反而变得愈发沉稳,在别人的评价中,甚至是一个略带害羞的少年。
教授过他的教授导师都对他赞不绝口,即使是很难的学术计算问题,他也能够在短时间内很准确的就推算出来,他大三大四考了两次GRE Sub,一次物理一次化学,都满分。而在计算物理课程中的课题研究成果他直接发了一篇文章,也就用了短短一个寒假。
可即使如此,他也从未骄傲自满,因为沉稳的性格,他无论在同学还是师长眼中,都备受赞誉。老师也都很放心让曹原去搞研究。
很多人觉得学霸往往沉溺于学习之中,四体不勤五谷不分。是一个生活白痴,只知道学习的榆木脑袋。这其实是大众对学霸的固有偏见。
学霸既然能学好学问,其他的事情自然也能轻松上手。平常生活中的曹原就是一个兴趣非常广泛的人,他很喜欢滑雪,也特别喜欢仰望星空。这浩瀚无垠的星河,让他也变得更有动力去追逐探索。而他也喜欢通过镜头将星空记录下来。
曹原曾经说过:“仰望星空总是能让我安静下来。天文摄影涉及包括光学、精密机械、电子电路、嵌入式程序等在内的多方面科学技术,折腾这些东西,都是我的兴趣。”
曹原摄影作品
除此之外,他还精通中文、英文、日语三种语言,喜欢弹钢琴,还会画动漫插画……
读博期间成果频出,震惊世界
中科大毕业之后,18岁的曹原进入了麻省理工攻读博士进行更加深入的学习研究,去向更高的学术殿堂进发。
这位才18岁的少年用自己的坚持不懈向同事展现了自己对于科研的不懈探索,曹原花了六个月时间研究一份看似富有突破性的数据,最终却发现那不过是实验设置中的巧合。然而他却并没有气馁。
在麻省理工的四年时间里,他一直潜心从事石墨烯方面的研究。
1911年,荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes发现,当汞被冷却至接近绝对零度(零下273.15摄氏度)时,电子可以通行无“阻”。他将这个“零电阻状态”称为“超导电性”。他也因此获得了诺贝尔物理学奖。
从那之后,物理学家就不断地想要找到高温超导材料,以应用在日常生活之中。然而,大多数材料只有在接近绝对零度时,才会转变为超导体。如果有哪种材料能够在室温下表现出超导电性,就可以为能量传输、医用扫描仪和交通领域带来革命性的改变。
无偏转(左)和偏转1.1度(右)的双层石墨烯
曹原在研究之中发现,当两层石墨烯以一个“魔角”扭曲在一起时,就能在零电阻下导电。尽管该系统仍然需要被冷却至绝对零度以上1.7度,但结果表明了它或许可以像已知的高温超导体那样导电。一旦该结果被确认,此次的发现对于理解高温超导电性至关重要,可以说解决了困扰世界物理学家的难题,取得了石墨烯超导领域的重大突破,给已停滞多年的高温超导研究带来一些新的突破。。
曹原的研究成果开创了物理学一个全新的研究领域,在凝聚态物理学界,人人都知道他的名字。有望最终实现能源利用率与能源运输效率的提高。
MIT 主页近照
而他的两篇研究论文直接在一天之内以连刊的方式登上了《自然》杂志,当然最重要的是两篇论文的第一作者都是他自己,才年仅22岁。一次性就占据了两个席位,这也是《Nature》创建149年以来达到如此成就的最年轻的科学家。
据说,当编委拿到两篇研究论文时,相关人员等不及排版,先行在其网站上刊出,并配以第三篇文章作为评述。你就可以知道这两篇论文的含金量有多少了。
大家可能不太了解《自然》杂志的权威性,英国《自然》和美国《科学》杂志是目前国际上最具代表性、知名度和权威性的综合学术期刊,能在这两刊发表论文,是全世界大多数科学家梦寐以求的夙愿。
只是开始,未来很长
“将两层石墨烯旋转至特定的1.1°叠加时 ,可以在零阻力情况下传导电子。”
简单的一句话,涉及的却是整个物理学界折腾了107年未解决的难题:如何低成本实现超导。
2018年的年度十大科学人物的封面虽然都是10,可是具体样式和底纹都会融入当年的科技热点进行设计,而这次的封面图片则明显指向曹原的成果,数字“10”中的“0”被处理成一个正六边形,宛如构成石墨烯的碳环结构,整个数字“10”则点出了赋予石墨烯超导能力的“魔角”。
“(针对这一发现)我们能做的事情实在是太多了。” 纽约哥伦比亚大学的物理学家科里·迪安表示,“我们现在掌握的机会,多到甚至不知道从何下手。”
马德里材料科学研究所物理学家 Elena Bascones 则认为:“如果这一发现得到证实,可能对理解高温超导十分重要”。斯坦福大学的物理学家、诺贝尔奖获得者 Robert Laughlin 表示:“我们可以期待在接下来的几个月里,会有疯狂的实验活动来填补蓝图中缺失的部分”。
然而面对整个物理学界引起了巨大的反响以及众多学界泰斗的夸耀,曹原却显得很淡然,他认为自己这样的情况虽不常见,但自己并没有任何特别。
他觉得自己完完整整度过了大学四年,“我只是跳过了中学阶段比较无聊的时期。”
他的导师则认为曹原在内心深处是个"修补匠",喜欢把东西拆开重装。“每次我进他的办公室,里面都乱糟糟的,桌上堆满了计算机和望远镜的零件。”
来的科研生涯将会走向何方,曹原说自己并不知道。曹原在接受《自然》杂志采访时只是说:“对于石墨烯的‘魔角’,我们要做的事情还有很多。”
2018年,恰逢中科大自1978年建班以来的第40年,曹原的成就既是对少年班争议的最大回击,也是对中国教育持否定态度的这些人的最好证明。