海嘯級後浪:天才曹原連發兩篇Nature,史詩級難度被玩成常規操作

2020-12-04 陶陶愛歷史

少年強,則中國強。最近B站視頻《後浪》席捲全網,在社會上引發了巨大反響。倫敦時間5月6日,中科大10級少年班校友、美國麻省理工學院「95後」博士生、擁有天才少年之稱的曹原,再次乘著巨浪席捲而來。而這一次,他與其博導Pablo Jarillo-Herrero背靠背連發兩篇Nature文章,介紹魔角石墨烯研究的新突破。

要知道,Nature雜誌是世界上最權威的科學期刊,有著高達 90% 的斃稿率,以報導科學世界中的重大發現、重要突破為使命。能夠在期刊上發文,是無數科學家孜孜以求的目標。而這,也是許多科學家畢生都無法達到的成就。

然而今年年僅24歲的曹原,已經四登Nature。很多人說,曹原已經是諾貝爾獎的熱門候選人。還有人說,憑藉4篇Nature論文,中國院士席位早就對他虛位以待。

那麼天才少年曹原的成名之路到底是如何煉成的呢?

從曹原小時候起,鄰裡鄉親們就將他視為「超人」一般的天才。初中一共讀了不到一年就參加中考,順利考上了深圳耀華實驗學校。耀華實驗學校以「超常教育」聞名,給曹原提供了非常自由的學習環境。

按說曹原身邊的同學都是天才,然而曹原在同學心中卻是「天才中的天才」。據他的老師回憶,曹原動手能力極強,對物理和化學有著異乎尋常的興趣。曹原不僅在學校搞了個實驗室,還在家裡弄個實驗室。老師黃瑩說:「他喜歡不停地倒騰。」

當時,他想獲取一些硝酸銀,但是該物質的價格很貴,獲取不易。因此他偷偷將媽媽的銀鐲子放進硝酸中,利用置換反應制出了硝酸銀。聽說此事後,曹原的媽媽氣得要打人。

2010 年,14 歲的曹原以高考669 分的成績考入中科大少年班,併入選「嚴濟慈物理英才班」。按說,曹原的同班同學均是來自中國各個地方的天才少年,均為才華橫溢、誰都不服之人。但是只要提到曹原,他們便會發出由衷地感嘆:

「真的是怪物啊!我們都覺得他實在是太強了,是傳說級的人物。」

4年後,曹原又獲取中國大學本科生所能獲得的最高獎項——郭沫若獎學金。

曹原在中科大的導師名叫曾長淦,是一名傑出的物理學家,曾在Nature上發表了自己的文章。對於自己的弟子,他從來不吝惜溢美之詞:

「本科期間,他在我們實驗室還發了一篇 PRB 的理論文章呢。當時我就覺得他太厲害了。」

不久,他在牛津大學實踐時的導師陳宇林教授推薦其前往麻省理工學院深造,攻讀博士學位。在麻省理工大學,21歲曹原投入世界性難題——石墨烯導電問題的研究。

自19世紀以來,電力就已經成為人類最主要的能量傳輸手段。但在電力從發電站傳輸到終端用戶的過程中,電能會隨著運輸長度的增加而不斷減少,造成大量浪費。為了保證減少的損耗不會影響電力的正常使用,發電站只能通過消耗更多的煤炭、石油等能源來解決問題。而這不僅會造成能源的浪費,還會汙染環境。

為了解決電力傳輸過程中的損耗問題,無數應用物理學家付出了巨大心血。1911 年,卡莫林發現超導體的存在,使得電力在傳導過程中損耗近乎為零。不過,目前絕大多數超導體僅在接近 0K(-273℃ ) 溫度下工作,維持低溫使超導體的應用成本顯著提升。如果材料能在室溫下實現超導,就能避開昂貴的冷卻費,徹底改變能量傳輸、醫療掃描儀和運輸等相關領域的現狀。

然而在1911年到2018年的107年裡,科學家們對於超導體的突破非常有限。特別是1980年以後,超導體的研究完全陷入了停滯。整整30年,超導體研究毫無進展,因此科學家們將這段時間稱之為「電力物理界的黑暗時代」

但在2017年,年僅21歲的曹原卻取得了突破性的進展。2017年8月8日,他的團隊理論上發現了:只要將兩層石墨烯旋轉到特定的「魔法角度」(1.1°)疊加時,它們就可以在零阻力的情況下傳導電子,即刻顯現超導特性!但真正實現1.1°疊加操作,並非易事。

2018年3月5日,他的一次改變全世界的精準「神操作」!——成功實現了石墨烯的「超導電實驗」!破解了困擾全世界物理學界107年的世界難題!

一開始,學界對於曹原地發現仍持懷疑態度:一個21歲的在讀博士,憑啥能解決這個世界性難題。但當曹原的論文寄到Nature編輯部時,辦公室裡的學者舉座皆驚,爭相傳看他的論文——石墨烯難題,真的解決了。

這個重磅消息瞬間引爆全球,讓全世界學者都望塵莫及的《Nature》,竟然一天之內連續刊登了兩篇他的關於石墨烯超導的論文。而在排版之前,Nature更是破天荒地在其網站上提前刊出曹原的論文,並配以第三篇文章做評述。可以說,現在已經不是曹原將文章發表在Nature上為榮,而是Nature為刊登曹原的文章為榮。

然而曹原的研究還未就此止步,就在今年5月6日,曹原再次在Nature上連續發表兩篇關於石墨烯的論文。少年英傑,真是令人望塵莫及。

曹原的老師曾長淦表示,全球各大高校已經用博士後崗位,甚至是教職崗位來吸引他。但是曹原卻表示,自己並不稀罕綠卡,最終還是要回國。但是曾長淦卻認為,曹原最好還是不要回國,而是應該呆在美國,因為「那裡更容易看到星星。」

對於曾長淦教授對曹原地告誡,陶陶實在無法做出評價。但是我仍希望,中國能創造更優於美國的學術環境,給予優秀人才更好的待遇。也希望曹原這樣的科學英才,能早日回歸他的故土,報效祖國。

寫到這裡,陶陶認為,曹原的成功應驗了那句老話:「興趣是最好的老師。」天才從不是逼出來的,而是興趣使然。

在採訪中,他曾再三強調「我們和普通大學生沒有區別」「我的智商並不比其他人高多少」。他還說:

「我只是比較愛讀科技類課外書,像《科學探索者》,前前後後翻了好多遍,為我現在的知識面打下了很好的基礎。我現在的動手能力,也得益於小時候常在家搗鼓電子電路和化學實驗。」

同時他還表示:「我和普通人唯一的不同,就是略過了中學那些無聊的內容。」

當然,曹原實在過分謙虛了。相比於常人,他確實天賦異稟。但同時在我看來,他的成功經驗並不是不能複製。真正成功人,對於世界總會保持著旺盛的好奇心,他們利用課外書籍閱讀世界,利用「勤動手、多動手」來感知世界,實現了實踐與認知的結合。

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