天才曹原:一路「拆」到麻省理工

2021-03-01 Vista成長實驗室

 撰文聶輝輝

                                      編輯:沈佳音

「我在高中讀《China Daily》的時候,人家曹原在發《nature(自然)》,我上了大學放假在家當鹹魚的時候,人家又一天連發兩篇《自然》」 ……

2月1日,當看到1996年出生的曹原在《自然》發表第5篇論文的新聞時,不少網友自嘲,雖然年紀相當,但在自己還是一條鹹魚的時候,曹原已經走在了科學研究的世界前沿。

《自然》是世界三大頂級科學期刊之一,能在發文,是無數科研人的夢想,也是評選諾貝爾獎和競選院士的重要依據。2018年,22歲的曹原在《自然》發表第一篇論文,成為該期刊以第一作者身份發表論文最年輕的中國學者。此前,中國「量子學之父」潘建偉院士第一次在《自然》上發表論文時,已經27歲。

實驗室之外的曹原,愛好天文攝影,也關注「我家裡有別墅,開路虎,女朋友爸爸是廳級官員,我和她哪裡不門當戶對了?」這樣的話題。他十分低調,也鮮少接受媒體採訪,甚至曾就讀的中學和大學校友,也表示不了解其目前情況。

解開科學難題之後,曹原隱於物理世界。

曹原於2月1日在《自然》發表的第五篇論文。

在深圳市耀華實驗學校官網上的「榮譽耀華」欄,曹原的照片和介紹赫然在列。簡介上寫著:曹原(現攻讀麻省理工博士),錄取學校:中國科技大學。

深圳耀華實驗學校以「超常教育」聞名,主管該項目的副校長朱源,曾任中國科學技術大學少年班班主任、系主任20年。離開中科大後,他也一直在為少年班物色好苗子。

2007年,在老師和家長推薦的200多名學生中,只有3位同學被選入超常班,11歲的曹原便是其中之一,另外兩位分別是王嘉樂(牛津大學博士)和範紫黎(UCLA博士)。在朱源的印象中,當時的曹原有很強的求知慾,非常聰明,記憶力強,動手能力尤其突出。

超常班由朱源直接組織教學,同時配備數、理、化、語、英、政6位老師(其中有3位是特級教師),按照全新的超常教育模式培養。一年時間內,曹原和兩位同學就完成了初三和高中三年所有課程的學習。面對外界驚訝的目光,曹原曾不屑一顧地說:「我只是跳過了中學裡一些無聊的東西。」

2010年,14歲的曹原以理科669分的高考總分,考入中國科學技術大學少年班,併入選嚴濟慈物理英才班。進入少年班之後,曹原遇強則強。別人用一整年完成的科研項目,他在短短一個寒假內就能完成,被評價為「天才中的天才」。

中科大教計算物理課的教授丁澤軍,以教學嚴謹、苛刻聞名,被稱為科研殺手,人稱「丁老怪」。說起自己的學生曹原時,「丁老怪」一反常態,稱讚他是個「很聰明的傢伙」。每年計算物理課緒論中,丁澤軍都會提到曹原。

曹原曾在導師曾長淦的實驗室裡學習,並在國際著名物理期刊上發表了一篇理論文章。曾長淦後來在接受採訪時表示,「當時就覺得他太厲害了」。雖然在實驗選題、方向與寫作上自己可給他指導,但在技術細節上無法教他。

2014年,曹原(右一)在曾長淦(左二)實驗室和同學們合影。圖片來源:中國科學技術大學

有中科大的學生回憶,經常在教授的辦公室看到胸前掛著鑰匙的曹原一臉認真地請教問題。大一期中考試,曹原的試卷放在了老師辦公桌的最上面,成績遙遙領先。

但關於中科大少年班,外界一直存在諸多爭議,少年班曾經的失敗案例,也讓這些智力超群的孩子逃不開質疑的眼光。曾有很多人不看好曹原未來的發展,畢竟「少年天才」泯然眾人的故事實在太多。他本人也曾在採訪中提到,不想做「仲永」。

2012年,曹原被中科大作為密西根大學首批交流生派出。2013年,曹原又作為中科大-牛津暑期交流項目首批學生被派出。當時,出於公平性考慮,中科大不得連續資助一位學生的多個海外交流計劃。時任教務處處長蔣一教授多次致信、致電校友基金會,請求資助曹原。蔣一在當時的郵件中稱,曹原同學是一個非常優秀的學生,終於為他爭取到了校友基金會的支持。2014年,曹原從中科大物理專業畢業,畢業前還獲得中科大本科生最高榮譽——郭沫若獎學金,也因此被麻省理工大學Phd錄取。

時隔多年,曹原做出了世界前沿的科研成果。路已至此,他早已不是「仲永」。最先發現曹原是天才的朱源認為,如果曹原實驗室的成果經過未來實踐能變成實際應用,他拿諾貝爾獎或許只是時間問題。

曹原(左三)與朱源老師的合影(左一)。

在朱源的記憶中,所有東西到曹原手上,都是要拆掉的,拆收音機、計算機、手錶等,「後面沒東西拆,你知道他拆什麼嗎?把課桌拆掉,他媽媽來賠錢。就是有這種強烈的好奇心。」

曹原拆桌子的事跡給其中學物理老師黃佳堂也留下了深刻印象。「曹原那時特別小,也很淘氣。他把教室的講臺或桌子拆出來,就為了看裡面是什麼構造,我們也不知道他沒有工具是怎麼做到的。」動手實踐比較多的生物課堂,曹原也樂此不疲地不停倒騰。

實際上,曹原不到10歲時就非常喜歡研究電子產品,經常偷偷跑到深圳華強北,一待就是一下午,或者買上一大堆電子元件回家研究電子線路。

曹原喜歡鼓搗化學實驗,因為實驗所需的硝酸銀很貴,也很難買到,他便偷偷把母親的銀首飾,拿到學校的實驗室裡化解,用以提取硝酸銀。所幸他遇到了開明的父母和學校,他們知道此事後,不僅沒有批評,還愈發重視對他的培養和教育。為了支持曹原的興趣,曹原爸媽甚至在家裡騰出一間房間,專門用於他做實驗。

曹原(左三)。圖片來源:中國科學技術大學

曹原從不覺得自己比同齡人聰明多少,自己的動手能力也得益於小時候常搗鼓電子電路和化學實驗,而這一能力,也讓他在麻省理工的石墨烯實驗室裡得以大放異彩。

在曹原加入麻省理工的實驗室之前,Pablo Jarillo-Herrero課題組已經在用不同的角度堆疊和旋轉碳原子層。加入課題組後,他的工作是研究壘在一起的兩層石墨烯彼此間輕微偏轉會發生什麼。在旋轉平行的兩層石墨烯獲得1.1°的「魔角」時,曹原的實驗技巧起到了至關重要的作用。

曹原熱愛把東西拆開重裝。在內心深處,他是個修補匠,他會用自製的照相機和望遠鏡拍攝夜空,享受自己的時光。相關的零件撒滿了他的辦公室。每次我走進去,裡面都亂糟糟的,計算機被拆開了,桌上滿是望遠鏡零件。」曹原在麻省理工學院的導師Jarillo-Herrero接受《自然》雜誌採訪時說。

獲得《自然》2018年度科學人物後,中科大教授吳明衛曾公開質疑,「曹的物理水平很是一般」。吳明衛稱,曹原在中科大做報告時,對提問中的物理問題一問三不知,但他在質疑的同時頗認可曹原的動手能力,「實驗操作能力應該是不錯的」。

曹原和導師。圖片來源:MIT官網

兩年前,《自然》發表了兩篇以曹原為第一作者的石墨烯論文。文章刊登後在物理學界引起巨大反響,媒體稱其「一舉解決了困擾世界107年的難題」。

1911年,荷蘭物理學家卡末林·昂內斯因發現一種能將電子損失降到0的傳輸材質,即「超導體」,而獲得諾貝爾物理學獎。

超導體有助於大幅降低電力傳輸過程中的巨大能源損耗。但令人遺憾的是,要想實現這種傳輸條件,環境必須在絕對零度(熱力學的最低溫度)之下。材料及冷卻成本之高令人望而卻步。此後,無數科學家希望研製出能在常溫條件下實現「超導體」性能的材料,但均以失敗告終。

直到1980年,有科學家發現了銅氧化物在達到超導狀態時的最高溫度約為133K(K為熱力學溫標)。30多年來,在尋找室溫超導體的路上,銅氧化物一直是物理學家關注的焦點。

2018年3月,《自然》連發兩篇以曹原為第一作者的重磅石墨烯論文稱,發現了讓石墨烯實現超導的方法。在知乎上評價這一成果時,曹原稱,該論文的主要意義在於,提供了一個前所未有的體系,以供物理學家研究困擾了30年之久的高溫超導之惑。

曹原。圖片來源:MIT官網

隨著第5篇論文在《自然》的發表,「曹原」的名字再次活躍在大眾視野範圍內。與在科研方面惹眼的成就相比,他本人顯得低調很多。

曹原似乎很少使用社交媒體,在其個人知乎帳號上,他關注的大部分問題都和學術科研有關。而「夏天這麼熱,男生可以穿裙子麼?」「淘寶上幾十塊的水晶是真的嗎?」等問題似乎在宣告他並不無趣。至於「phD狗」的個人標籤,不知有幾分戲謔,又有幾分決心。

2月3日下午,曹原本科時的導師曾長淦接受澎湃新聞採訪時表示:「曹原的確開創了一個領域,尤其2018年的兩篇論文是『從零到一』的創新,後面的工作是在此之上的推進。曹原還是很清醒的,很低調,基本上沒有接受過媒體的採訪,屏蔽掉外界的聲音,專心在自己的工作上面。」

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