中國科學天才曹原,能不能拿諾貝爾獎?

2020-12-04 懷疑探索者

今天早上剛醒,打開手機一看,看見「田麗菜市場買菜」的新聞上了熱搜,說的是有人偶然在菜市場遇見了已經52歲的臺灣豔星田麗,結果發現她沒有化妝就出來逛,還主動上前問她為什麼沒有化妝。就這一點雞毛蒜皮都不如的事情,也值得上一次熱搜?演藝工作就是一份職業,藝人也是普通人,誰規定他們不能逛菜市場的?這有什麼好關注的?52歲的中老年人沒有化妝又怎麼了?沒有化妝就不能出門?非要湊上前去詢問一下嗎?

相對於這些藝人明星的地攤八卦新聞天天上熱搜,中國天才青年科學家曹原在《Nature》再次連發兩篇論文的消息,就幾乎無人知曉,就是有人知道,也僅僅限於科研小圈子。

無人知曉,不代表他的工作就不重要。實際上,曹原是中國科學家的後起之秀,崛起的時間很短,兩年前剛剛成名,那時候他僅僅是中科大少年班的博士生,但已經在《Nature》發表了兩篇重磅論文。如今,時隔短短的兩年,曹原再發神威,又在《Nature》上發表兩篇。一共短短兩年時間,就在《Nature》發表了四篇有份量的學術論文,這種速度在中國科學界是非常罕見的,幾十年來都幾乎找不到第二個。

曹原1

一方面,不得不說曹原找對了課題研究方向——石墨烯與超導。一方面,也說明了曹原這個年輕人的拼命。要知道,《Nature》翻譯成中文就是《自然》,是世界最權威的學術期刊。能夠在上面發表一篇文章,對於絕大多數的科研工作者都是一輩子的夢想,但困難度很高,一般情況下只有院士這種級別才或有可能。但曹原在年僅22歲的時候,就以一個博士生的身份一口氣在《自然》連發了兩篇。如今,這才過去兩年,他的研究成果又在《自然》兩連發。這樣看,只要不出大的意外,曹原今後獲得的成就將無可估量,至於評上一個中國科學院院士幾乎是遲早的事情。

發表的論文

不過,曹原以後會不會因為他的研究成果,為我們中國再次拿一次諾貝爾物理學獎呢(楊振寧李政道是第一次以中國籍獲獎)?關於這個問題,我們得先具體看看曹原研究的石墨烯是什麼,他的研究工作有何意義?

簡單地說,石墨烯是一種碳原子組成的蜂窩晶格結構的很特別的材料。這種材料的特性簡直不像地球上所擁有,它太特殊了,但是它也只是由碳原子這種地球上最普遍存在的物質構成。它非常的堅硬,但是它的厚度很薄,比薄如蟬翼這個形容詞都誇張萬倍,因為它的厚度只有區區一個碳原子。但就是這樣超薄無比的材料,卻可能與解決超導難題有關聯。

石墨烯的結構

超導是一種特殊的現象,指的是一種材料在特別低的溫度環境中,突然變為電阻為0的物理狀態。電阻為0,意味著電流在這種導體內流動不會損耗能量。早在1911年,荷蘭科學家Heike Kamerlingh Onnes就發現,水銀在超低溫的4.2K附近,就突然呈現無電阻狀態,這是人類第一次發現、驗證超導體現象。眾所周知,三峽水電站是中國規模最大的水電站,它的發出來的電不是給當地使用,而是提供給幾千千米以外的東部工業區。在電能的傳輸過程中,儘管做了很多措施,但95%以上的能量都白白損耗在途中。而如果將超導體廣泛的運用,則會掀起一場能源革命。但是,目前絕大多數材料的超導體現象只能在超低溫的極端環境下才會誕生,有時候這個溫度比絕對零度也高不了幾度,所以只能在物理學家的實驗室裡面實現。雖然現在個別材料已經慢慢提升到了零下幾十度就可以實現,但這個溫度也不可能應用於生產實踐。

如何實現室溫環境下的超導,就是物理學家和工程師們研究的課題。如果能夠攻克這一難關,斬獲諾貝爾獎是妥妥的。其實,別說是最終攻克這一世紀難題,就是讓研究成果更接近攻克難題一點,都足以獲得諾貝爾獎了。

由於石墨烯的特殊結構,使其具有優異的導電性能,所以它被用於涉及超導體的研究,這也是曹原的主要研究方向。曹原對於石墨烯和超導有什麼樣的發現,所以才被《Nature》重視呢?曹原通過研究發現,偏轉兩層石墨烯的方向,使其夾角變為1.1度,則在1.7K的情況下,石墨烯就可以表現出超導特性。

「魔角」

這一發現在全世界物理學界引發巨大震動。

過去,科學家也尋找了不少超導體的理想材料,他們的方案是用合成的方法,把一些材料摻雜混合在一起,企圖實現超導特性。這個尋找材料合成的辦法很艱難,千辛萬苦都未必有效,而且成本驚人。而曹原的研究證明,完全不需要那樣做「笨方法」,僅僅把石墨烯這一種材料稍加旋轉一個小小的角度,就能立即得到一個神奇的結果。儘管石墨烯實現超導體現象依然需要依靠超低溫,但是這個全新的、開創性的原理很值得探索,如果一直研究下去,說不定就能走出一條新路來。所以,曹原發現的這個旋轉角度,被《Nature》稱之為「魔角」。你們說,他的研究重要不重要?

曹原2

關鍵在於,他今年還只有24歲。這個年紀的很多同齡人,他們還在睡懶覺,在打網遊,在刷抖音,在關注女明星逛菜市場、羅某祥劈腿、王某聰有了第幾個女友這樣無聊的八卦,而他卻在實驗室揮灑汗水幹實事,夜以繼日的向目標努力邁進,且獲得了巨大的成就。

在歷史上,其實已經有科學家因為研究石墨烯獲得了諾貝爾獎的先例。2010年,俄羅斯裔物理學家安德烈-蓋姆和康斯坦丁-諾沃肖洛夫,就因為研究石墨烯的「突破性實驗」而獲得諾貝爾物理學獎。曹原對石墨烯的研究,其價值並不遜色於二位科學家,也就是說,年僅24歲的他已經具有了被提名諾貝爾獎的資格。如果他能夠在這個領域獲得更多的成就,獲得諾貝爾獎的機率就會更大。

華裔科學家中獲得諾貝爾獎最年輕的人是李政道,他在31歲時因為發現「宇稱不守恆」而獲得1957年的諾貝爾獎物理學。希望曹原能夠打破李政道的記錄。

作者:懷疑探索者

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