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。
说到超导体,相信很多人都听过,指的是在某一温度下,电阻为0的材料。如果超导材料能够运用于日常生活中,那么将会给这个世界带来巨大的改变。
比如常规的电力输送,在输送过程中损耗的量就十分惊人,如果能使用超导材料替代普通的电缆,那么对于能源的节约来说将相当可观,而这还只是超导体与实际生活相结合的一项运用。
一直以来超导研究都是业内众多科学家持续奋战的领域。然而多年过去,超导研究始终难以取得突破,直到中国天才曹原的一项重大发现。
偶然发现2017年,曹原再做实验过程中偶然发现石墨烯具备非常规的超导电性,这让他很惊讶,这个发现勾起了他浓厚的兴趣。
之后,他便设想,如果将两层石墨烯叠在一起,偏移一定角度,可能导致材料性能发生巨大改变,有可能实现超导。
当时这个设想并不被大家所看好,因为超导研究已经很多年没有取得新突破了,对于这样一个科研新人,一名大学生,他的话自然没有多少分量。
被质疑后用行动证明自己尽管不相信的声音铺天盖地,但是曹原并没有因此而改变自己的想法,反而更想通过实验证明自己的设想。
于是他便不断地做实验,不断地调整两层石墨烯的偏移角度,然后测试电阻。不断地重复、重复、重复,直到他将双层石墨烯的便宜角度设置为1.1°时,惊人的一幕出现了,测试出的电阻居然为0,曹原兴奋极了,因为他知道他的设想很可能是对的。
但是科研需要严谨,一次的成功可能存在一定的偶然性,而检验实验结论是否可靠,那就得通过多次重复实验,看能否得到相同的结论。
于是曹原便继续重复实验,整个实验过程耗时漫长,最终历经6个月,完成了2次重复试验,得出了一样的结果,从那一刻开始,曹原终于敢确信自己是对的。
发表论文备受瞩目随后2018年3月,他将自己的科研成果整理成论文向国际顶级期刊之一的《Nature》杂志投稿,一次投了两篇。
更让人想不到的是,《Nature》的编辑收到曹原的论文后激动坏了,因为这个发现确实太让人惊讶了,足以引起全球相关科学家的高度关注。
随后曹原的两篇论文不仅都顺利发表,而且他所研究的石墨烯还成了那一期杂志的封面,由此可以看出这项研究的突破性贡献。
随着论文的发表,曹原名声大噪,多家优秀科研单位向其伸出橄榄枝,然而他都没有心动,依然在世界名校麻省理工学院攻读博士。
2020年5月6日,曹原再次再《Nature》上连续发布2篇论文,介绍魔角石墨烯新的研究进展。
超导研究再获新突破,发表第5篇《Nature》随后在2021年2月1日,曹原又一次在《Nature》上发布了题为“Tunable strongly coupled superconductivity in magic-angle twistedtrilayer graphene”的论文,这已经是他第5篇《Nature》论文了,而这一次公布的结论同样让人振奋。
曹原在魔角扭曲三层石墨烯中发现了moiré超导体,且该体系在电子结构和超导性能方面的可调性,优于魔角扭曲双层石墨烯。
简单来说,曹原新发现的超导体比之前发现的更好。
谁能想到这名1996年出生的中国天才,正在用自己的科研发现影响着这个世界。谁能想到作为博士的他所取得的成就已经超过了大多数国内教授。可以预见,如果曹原持续在石墨烯超导方面深入研究,将来他很有可能获得诺贝尔奖,也很有希望创造最年轻的诺贝尔奖获得者的纪录。一起期待他在未来做出更亮眼的表现吧。
最后提一下,曹原14岁参加高考,取得669分的高分,进入中科大少年班,获得过中科大在校生最高荣誉“郭沫若奖学金”。
同学这样评价他:“他真的太强了!”
他被誉为“神童”,3年读完初、高中,14岁考入中科大,18岁成为麻省理工大学博士,22岁破解世界百年物理学难题。
他是“论文狂魔”,4年内发表了9篇顶级论文,被世界顶尖学术期刊《Nature》“官宣”为影响世界的十大科学家之首。
他被西方大国不遗余力追捧,美国开出优厚条件,邀请他加入美国国籍,他却说:美国绿卡算什么,我是中国人,我要回到中国去!
这位25岁的天才少年叫曹原,被称为“最接近诺贝尔奖的中国天才”。
曹原出生于1996年。像所有调皮的小男孩一样,小时候的曹原,也是“一日不管,上房揭瓦”的捣蛋鬼。
比其他孩子调皮,也比其他孩子机灵,小学时的曹原已经展现出超于常人的天赋:课堂上老师提出问题,他总是“忍不住”抢先回答出来,还又快又对,让老师又气又爱;教室里的桌椅板凳,总被他搞成肢残腿缺,很快又恢复原状,惹得同学们惊叹不已。
这时候的曹原,有一个爱好:拆装。
父母买给他一个新玩具,他把弄几下,就要给它“开肠破肚”,拆得五零八落。
“小汽车的轱辘为啥会自动转?”“坦克的灯怎么会一闪一闪?”“魔力盒的音乐声是从哪发出来的?”
他就是很好奇,想知道答案。
再大一点的时候,只要看见电子器械,曹原就像被一种魔力控制,非要拆拆装装研究出个所以然来。家里跟“电子”有关的小物件,都被他拆了个遍。
父母起先也有点生气,但曹原自有“护身大法”:“你们先别急,我能把它装回来!”
有拆卸玩具的经验保底,大部分的被拆的小电器,曹原都能够还原如初。
小学五年级时,曹原已经能够独立完成电视机的电路拆装。
11岁时,曹原举家迁往深圳。
这是一个电子产品遍地开花的盛地,也成了曹原爱好开花的盛地。
父母见曹原如此痴迷电子研究,小学六年级时,便将他送往以个性培养和超常教育著称的深圳耀华实验学校。
不玩游戏,不知追星,曹原在这里,依然只对一种事感兴趣:电子研究。钟表、电脑、投影仪……学校里凡是与电子科技沾点边的东西,都被曹原拆卸过。
有一次,曹原回家,见妈妈翻箱倒柜在找什么东西。妈妈说,自己的银手镯找不到了。曹原不好意思地说:不用找了,手镯已经被自己拿到学校做实验了。
原来曹原的实验需要硝酸银,但实验室一时没有,妈妈的银手镯自然成了提取硝酸银的首选。
对曹原来说,没有什么事比做实验更重要,他就是要尽己所能,找到一个个想要的答案。
一次物理课上,老师讲到:金属的电阻率会随着温度的降低而降低,当温度趋于绝对0度就会呈现一种超导状态。
老师同时说了一句话:如果谁能够在常温下发现这种材料,就可能颠覆世界!而这个问题,需要你们这一代人去研究。
曹原深深记住了这位黄佳堂老师的话,对此充满好奇,迅速投入学习和实验,开启了“颠覆世界”模式。
只用3年时间,曹原便读完了小学六年级及初、高中7年的课程,基础学科毫不耽搁,科技成绩也相当出色,成为超级学神。
2010年,14岁的曹原参加高考,以669分的成绩进入中科大少年班,成为严济慈物理英才班的最小成员。
这里是少年天才的聚集地,也是思维火花最闪亮的地方。
群星闪耀,曹原还是那个简单的只想搞科学研究的曹原。
对曹原来说,基础课程的学习太过简单,如果不能进行更深更有挑战力的实验研究,似乎有点浪费生命和时间。
大一刚结束,曹原就找到曾长淦教授,请求到他的实验室学习。曾教授的实验室以实验物理研究为主,学习内容高深晦涩,对学生理论研究和实操能力的要求都极为严格,可不是谁想来就能来的。
看到曹原稚气未脱的面庞,曾教授十分惊讶,但最后还是被他的真诚和坚定所打动,答应收他为徒,这可把曹原高兴坏了!
如愿在自己的“爱豆”手下学习,他对物理实验的热情更加高涨。
自此,曹原开始在曾教授的指导下进行石墨烯超晶格等离激元的理论研究。
令教授意想不到的是,曹原在实验室的表现,远远超乎常人。
要求5分的任务,他总能做到7分以上,实验过程和结果都十分优秀,甚至在某些方面,曹原所提出的问题自己根本无法指导。
其实,正是曹原超于他人的专注和投入,让他有了超于他人的成就和优秀。
在实验室的日子,别人可能觉得枯燥,曹原乐此不疲。青春年少,别人可能会有失落或自我怀疑,曹原心里根本就没有这些概念。
实验成功,学校安排相关采访,曹原悄悄拒绝,只因与研究无关。
导师曾长淦说:曹原一直比较清醒,很低调,基本上没有接受过媒体采访,屏蔽掉外界的声音,专心在自己的工作上面。
这种纯粹和专一让曹原更擅长集中发力,别人需要一整年完成的科研项目,他只需一个寒假就能高质量地搞定。
学校人称曹原是“天才中的天才”,曹原只说:我跟普通大学生没什么两样!在他看来,他只是做了一个大学生该做的努力,并收获了该收获的,仅此而已。
2014年,大学毕业之际,曹原获得该校本科生最高荣誉——郭沫若奖学金。
无暇享受荣誉,曹原已经制定了完善的出国求学计划,作为交流生,远赴麻省理工大学攻读博士,钻研学术。
读博四年,是曹原最为艰辛,也最为兴奋的一段时间。
在确定研究方向时,曹原就爆出“冷门”——他要研究石墨超导技术。
在当时的科学界,石墨烯相关领域的研究基本处于上百年无进展的状态,导师劝他谨慎考虑。
曹原没有犹豫。
“如果谁能够在常温下发现这种材料,就可能颠覆世界!而这个问题,需要你们这一代人去研究。”
当初黄老师的殷殷期望已在他心底生根发芽,他的内心已经非常确定,他要跟着自己的心走。
多年后,这位老师感慨,自己带过的很多学生都对这些问题感兴趣,但只有曹原将此作为自己的研究方向,并在后来一鸣惊人。
曹原就是这么一以贯之,坚持着他对物理研究的无限热爱。
学术研究是辛苦异常的持久战,带着追梦初心,曹原在日复一日的重复实验中寻找突破。
一次实验中,曹原发现,将两层的石墨烯平行放在一种微妙角度,材料发生剧变极有可能实现超导体性能。
曹原高兴极了!但是,当他公开这一发现后,遭到了科学界的一致质疑。
有人公开嘲笑他自不量力,也有人讽刺他小孩子心思异想天开。
质疑之声铺天盖地,歧视排挤无处不在,各种有形无形的压力一并涌向这个“不知天高地厚”的中国少年。
曹原没有去争辩,他明白自己身在异国的不利处境,也深知科学结论要靠严谨的实验数据去支撑,更加坚定了把这项新发现做出成果,证明给世界看的信念。
那段时间,曹原将更多的精力投入到了实验室,精神高度集中,唯恐稍有不慎,影响实验结果。
然而,六个月过去了,决定实验结论的几个关键性数据就是不稳定,实验屡屡失败。
沮丧是有的,但曹原从未怀疑过自己的选择。
顶着又一次袭来的质疑和压力,曹原冷静地调整了研究策略和步骤,先是对之前的实验结果进行全面的总结分析,确定着力重点,然后制定了新的实验规划。
目标如灯,映照着这位倔强少年的身心。曹原将自己完全交给了实验室,除了吃饭睡觉,所有其他与实验无关的事情,一律清除出局。
失败……失败……失败……实验的过程相当磨人,也相当虐心,曹原一如既往地保持了平和心态,一股劲儿努到底。
终于,有一天,曹原发现,在两层平行石墨烯处于1.1°的微妙角度时,就可以产生超导体反应!
实验成功,“魔角石墨烯”自此诞生。
为了证明结论的真实性和可利用性,曹原又花费了数月时间研究石墨烯的微属性及周边属性,力求将这项伟大的研究做到极致。
确定一切准确无误后,曹原将实验的过程和结果进行了全面总结,对石墨烯的全部特性和理论特征予以系统分析,完成了关于石墨烯能够产生“超导体”反应的第一篇论文,在2018年3月5日发给了《Nature》杂志社。
《Nature》的编辑看后震惊不已,等不及排版,原文刊发。
一项107年无解的物理学难题,在22岁的曹原这里,终得破解。
一腔孤勇终获成功,世界哗然。
曹原几乎成为了全世界的焦点,但面对媒体“少年天才”的吹捧时,曹原淡然回答:我并不觉得自己特别,大学还是上满了四年,我只是跳过了中学阶段一些无聊的东西而已。
“成名”后的曹原,成为各国科研机构的争相邀约的宠儿,各种荣誉也接憧而来。
当年,曹原就荣登《Nature》杂志2018年影响世界的十大科学家之首,同时入选福布斯中国2018年“30位30岁以下精英”科技领域榜单,还是荣获两项殊荣最年轻的科学家。
尽管实至名归,曹原没有丝毫迷失。
他继续执着于石墨烯研究,推动凝聚态物理领域得到新发展,是他不可动摇的使命。
紧接着,2020年5月6日,曹原又在《Nature》发表2篇论文,2021年2月、3月、4月、7月分别发表4篇论文,被学术界称为“石墨烯驾驭者”。
截止2021年8月,曹原已以第一作者身份在《Nature》发表8篇关于石墨烯的论文,令学术界众多人士望尘莫及。
真正的人才谁都想要,更何况曹原的科研成果出自美国,美国自然不会放过。
曾有美国人嘲讽说:中国清华北大培养的高素质人才有一半都是为美国而造。
早在曹原“一鸣惊人”之后,美国方面就发出盛情邀请:美国国籍、终身绿卡、高薪、一流的科研设备……只要曹原肯留下来,想要啥,就给啥。
而且从科研环境实际来讲,美国确实比中国更有利于个人发展。
人们都以为这个孩子会留在美国,但令人惊喜的是,曹原不为所动,直接拒绝了美国的邀请。
有人替他惋惜,曹原嗤之以鼻:“我把世界难题都攻克了,还稀罕那张美国绿卡吗?”
问询的人多了,他便旗帜鲜明地亮出自己了的态度:“美国绿卡算什么,我是中国人,我要回到中国去!”
其实,在石墨烯论文轰动世界的第三天,曹原回中科大参加校庆时,就在演讲中郑重表过态:我是中国人,我肯定是要回国效力的!
不是豪言壮语,却铿锵有力,令人动容。
如今,曹原继续在麻省理工大学从事博士后研究工作,专注科研的同时,曹原不忘将回馈祖国的理念传递给其他青年学子。在与海外留学生的交流中,曹原提出了“海外交流计划”,鼓励年轻人积极学习国外先进知识和技术,以此报效祖国。
科学没有国界,但科学家是有国界的。少年志在中国,初心从未改变。
受益于国,反哺于国,这是曹原简单的爱国逻辑,也是他再纯粹不过的爱国情感。
曾经有人说,中国的90后是垮掉的一代,也有人说,若是太过年轻,不足以谈人生。
可是,在曹原的身上,我们分明看到了一种力量:胸怀梦想,主动担当,如一束明亮耀眼的光,照亮自己,也指引他人。
就在上个月,曹原获得2021年凝聚态物理领域青年物理学家最高奖!而他今年不过才25岁。
这就是后浪的力量!
他们小小胸腔装着星辰大海,任丘壑万千,无惧无畏勇敢向前,既仰望星空,又脚踏实地。
他们心里有火,燃烧得比谁都旺;他们眼里有光,引领人们温暖向上。
他们或许正年轻,却终将成为砥柱中流。
本文作者:陈小简责任编辑:柳叶叨叨