被稱為中國“量子之父”的潘建偉院士是27歲在《自然》上發(fā)表第一篇論文的,中國結構生物學領軍人物施一公是32歲時在上面發(fā)表第一篇文章的。與之相比,22歲的曹原占盡年齡優(yōu)勢。
《自然》雜志18日發(fā)布了2018年度科學人物,位居榜首的是曹原。圖/《自然》網站截圖
英國《自然》雜志于近日發(fā)布了2018年度影響世界的10大科學人物,位居榜首的是1996年出生、在美國麻省理工學院攻讀博士的中國學生曹原。
曹原今年才22歲,就榮登《自然》年度人物榜首。這似乎是一位現象級的人才,因此,國內外媒體不吝以天才、神童等溢美之詞來贊譽。
22歲《自然》連發(fā)兩文,打破諸多紀錄
2018年3月5日,《自然》連刊兩篇論文,闡述石墨烯超導重大發(fā)現,第一作者均為曹原。
這兩篇文章都有獨特的重要發(fā)現。第一篇文章主要描述了旋轉雙層石墨烯在轉角接近魔角(正常條件下約為1.1°)時,能帶結構會接近于一個零色散的能帶,從而可能導致在這個能帶(實質上是兩個,分別處在相對于石墨烯狄拉克點的負摻雜和正摻雜)被半填充的時候,會經過一個金屬-絕緣體轉變,變成一個莫特絕緣體。
這個發(fā)現的主要意義在于,提供了一種全新的、可調節(jié)的平臺來研究電子-電子的強關聯效應,也為困擾物理學家30年之久的高溫超導之惑,提供了一個前所未有的體系。
第二篇文章則具體解讀“有什么有趣的強關聯效應可以研究”,并在今后投入應用。最有名的強關聯體系莫過于銅氧化物中的高溫超導轉變。在改進了實驗條件和儀器設備之后,曹原發(fā)現了少量摻雜莫特絕緣體相會發(fā)生超導相變,并且在多個樣品中觀察到了類似現象。
雖然曹原的研究結果還需要未來更多的研究證實,而且應用于實際可能還有很長的路要走。因為一直以來人們都希望用純碳基的石墨烯來實現超導相,而盡管石墨烯有各種奇特的性質,比如高電導率、透光率、機械強度、穩(wěn)定性等,但是唯獨超導至今尚未實現。所以,僅僅以能在《自然》雜志發(fā)表該論文就足以讓人刮目相看,以天才之名冠之并不為過。
《自然》網站截圖
《自然》(Nature)《科學》(Science)和《細胞》(Cell)并稱CNS,是世界三大頂級科學期刊。能在三大期刊上發(fā)文,是無數科學家夢寐以求的目標,也是評選諾貝爾獎、競選院士、展示大學和科研機構研究實力的重要依據。據稱《自然》的斃稿率高達90%,曹原能一次性在上面發(fā)兩篇文章,展示了其深厚的功力。
而與中國其他著名的科學家相比,曹原也占盡年齡優(yōu)勢。被稱為中國“量子之父”的潘建偉院士是27歲在《自然》上發(fā)表第一篇論文的,中國結構生物學領軍人物施一公是32歲時在《自然》上發(fā)表第一篇文章的。從這個角度看,如果持之以衡和假以時日,曹原的學術成就不可限量。
曹原的研究未來或可改變互聯網
不過,曹原論文所提出的實際應用問題可能與2009年諾貝爾物理學獎獲得者、“光纖之父”高錕有相似性。早在20世紀60年代,高錕就提出了光纖理論,但當時并不為學界和業(yè)界認可,更被批評為“癡人說夢”。但高錕并未放棄,繼續(xù)研究和改良技術。及至1981年第一代光纖系統面世,直接改變了人們的生活。
曹原及其團隊的發(fā)現其實是為未來能量傳導,以及通信更快、通信質量更好和成本更低的互聯網提供理論基礎和指出實現的方向。
早在1911年,荷蘭物理學家?·卡末林·昂內斯等人發(fā)現,汞被冷卻至接近0K(-273℃)時,電子可以通行無阻,因而這種“零電阻狀態(tài)”稱為“超導電性”。
一般材料在導電過程中會消耗大量能量,如果傳輸電纜從發(fā)電站到用戶的傳送過程中能量耗損越小,經濟效益越大。超導體的出現,使傳輸過程中的能量損耗幾乎可以降為零。然而,目前絕大多數超導體僅在接近0K(-273℃)溫度下才能工作,因此,以維持低溫來使用超導體既不現實,成本也極為昂貴。
但是,如果材料能在室溫下實現超導,那就不用維持冷卻的技術,也不必支付昂貴的冷卻費。這會使能量傳輸、通信的面貌煥然一新。不過,要想達到這個目標,還有大量的研究要做。這或許是曹原未來工作和研究的方向。
▲圖/《自然》網站截圖
曹原“橫空出世”,少年班要不要繼續(xù)
另一方面,曹原的“橫空出世”,似乎又重啟了千里馬與伯樂的爭論。用今天的話來講,就是科學家或人才,是發(fā)現的還是培養(yǎng)的。從曹原的情況看,這兩者兼而有之。
因為中國一直在探索培養(yǎng)天才少年的方法和教育過程,14歲的曹原從深圳耀華實驗學校,考入蜚聲中外的中國科學技術大學少年班,并入選“嚴濟慈物理英才班”,18歲從中科大本科畢業(yè),前往美國攻讀博士。
從1978年3月8日中科大第一期少年班開學到今天,也恰好是高等教育改革的40年。少年班也可看作是拉開中國高等教育創(chuàng)新探索的序幕。但由于少年班的寧鉑后來出家等情況,人們對天才少年過早培養(yǎng)頗多質疑,認為少年班不利于少年的身心健康成長,給學校和社會造成人力、財力的巨大浪費。
隨著對少年班的爭議不斷,從20世紀90年代開始,在開設少年班的13所高校中,只剩下中科大和西安交大兩所學校還保留了少年班。
但曹原的出現,似乎又成了正面支持少年班的強有力證據。
當然,中科大的少年班也在不斷探索和改進,2008年成立了少年班學院,由三部分組成,分別為最早針對早慧兒童設立的少年班,成立于1985年;針對高考成績優(yōu)異的學生、仿照少年班模式開辦的“教學改革試點班”;還有成立于2010年、通過先面試后高考錄取的創(chuàng)新試點班。
曹原作為少年班培養(yǎng)的一種現象級的天才,說明人才的培養(yǎng)應該是不拘一格,因材施教,而且發(fā)現和培養(yǎng)天才是并重的。
愿曹原未來能取得更多成就。