震惊世界的中国最年轻科学家

佚名

他，叫曹原！一个外表普普通通的年轻人，一个震惊世界的年轻科学家！

2018年底，世界顶尖学术期刊《自然》杂志发布了2018年度影响世界的十大科学人物榜单，位居榜首的是1996年出生的中国学生曹原。

他是该杂志创办149年来，获此殊荣年龄最小的科学家，也是中国最年轻在该杂志以第一作者刊登学术论文的科研工作者。他的科研成果攻克了困扰全球物理学界100多年的世界超导物理学难题，震惊全世界！

如今，数百位世界级学者正在试图复制、拓展他的科研成果。一旦成果落地，将为世界能源行业节省数千亿美元的资金。

每年《自然》杂志十大人物的封面图片都是一个巨大的数字“10”，具体样式和底纹都会融入当年的科技热点进行设计，2018年的封面图片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"。很显然，在《自然》看来，曹原及其团队的研究成果具有很高的科学价值。

为什么向来以“严苛”著名的《自然》期刊，会对这位年轻的学者如此青睐有加？2018年3月5日，《自然》发表了两篇以曹原为第一作者的重磅论文，《自然》杂志在论述曹原入选年度人物的理由时表示：“在他的论文当中，他发现了当两层平行石墨烯堆成约1.1°的微妙角度，就会产生神奇的超导效应。这一发现轰动国际学界，直接开辟了凝聚态物理的一块新领域，让无数科学家展开研究探索。”物理界认为，曹原此举解决了困扰世界物理学家107年的难题，取得了石墨烯超导领域的重大突破。

值得一提的是，英国物理学会主办的《物理世界》杂志近期也公布了由其评出的“2018年十大突破”，曹原及其团队的这一研究依然位居榜首，被认为在量子计算等领域有巨大应用潜力。《物理世界》杂志发布的公报认为，这种“魔角”石墨烯体系的发现，开创了“转角电子学”这一全新领域。

什么是石墨烯超导？

据Nature官方介绍：在我们现实世界中，时刻都会有“导体”的存在，没有导体，我们可能连手机也充不了。但即便是很好的“导体”在“超导体”的面前，仍旧是效率低下的。电流在“导體”中穿梭时会消耗大量的热，且速度也会减弱。但“超导体”不一样，它可以节省更多能源。尤其是像磁悬浮列车和一些大型供电系统，如果能选用“超导体”材料，那么能源消耗能减少到最低。

可是，“超导体”有一个非常局限的地方，就是它对温度有严格的要求。一些材料只能在大约摄氏负269度（华氏负452.2度）下才能变成超导，使用这种材料是非常昂贵的，而且完全不实际。

在曹原的研究中，石墨烯有可能成為“超导体”，这就意味着，它可以让电子来回快速穿梭，而让电阻无限趋近于零。速度之快，效率之高，非常罕见。

虽然在以前，也有很多科学家对“石墨烯”材料产生过类似想法，但是实验效果并不好。直到2018年3月，这位来自中国的22岁少年曹原，成功实现了石墨烯“超导实验”，解决了困扰人类107年的世纪难题。

1996年，曹原出生在素有天府之国美称的成都，三岁时随父母举家搬迁到深圳。90年代的深圳，有三多：钱多、商人多、电子产品多。成长于深圳浓烈电子氛围中的曹原自打记事起，就对铺满各种元件和线路的电子产品产生了极大的兴趣，当时他最喜欢做的事便是从电子市场淘一大堆物件回来拆了装，装了又拆，拆装难不倒他后，他又去研究里面的电子线路，正因为曹原从小对电子产品的兴趣为他日后改写世界科学进程埋下深深的伏笔。

2007年9月，11岁的曹原因为异于常人的天赋，被选拔进入耀华实验学校。深圳耀华实验学校可不是一般的中学，而是以“超常教育”闻名广东全省，简单来说它就是一所专门培养“天才少年”的学校。在深圳耀华，老师们经常用这么一句话来教育孩子：不好好念书，你们只能考本地的深大！深圳大学，广东八所顶级大学之一，腾讯创始人马化腾的母校，但在耀华老师的眼里它只是差生才会读的大学，对于耀华人而言清华北大才是他们的初级目标，而更高级的目标，是诸如麻省理工、牛津、斯坦福这样世界顶尖大学。虽然耀华中学的学生个个都是人中龙凤，但身材瘦小、其貌不扬的曹原仍然以高超的知识理论鹤立群雄。

课堂上，曹原的学习速度远远超过其他同学，无论什么课程都是一听就懂，而且，他对课本知识的理解程度往往超过了教学大纲的要求。在课堂之外，这名小学生也有着和其他同龄孩子不同的爱好——他不玩游戏，不追歌星，反而喜欢动手做实验，拆卸、安装一些电子元件。为了锻炼自己的动手能力，曹原甚至在家里搭建了一个自己的实验室。

曹原的学习天赋得到了学校的重视。学校组建了最优秀的教师团队，免除了一切学费，对曹原进行“超常教育”。就这样，曹原的探究精神在耀华得到“加倍呵护”。他用三年的时间完成了小学六年级、初中和高中的课程。2010年，14岁的曹原提前参加高考，以669分的高考成绩考入蜚声中外的中国科学技术大学少年班学院，并入选“严济慈物理英才班”。面对外界惊讶的目光，曹原却不屑一顾地表示，自己只是跳过了中学里一些无聊的东西。

中科大少年班创立于1978年，可以说是中国实力最强的“超常班”，用军事术语来说，就是特种部队中的特种部队！能进这个少年班学习的人都是经历过一轮又一轮惨烈的厮杀最后才留下了精英中的精英。40年的时间里，这里总共毕业1070名学生，其中有多位后来成长为享誉世界的科学家。不过，在这样的地方，曹原的光芒并没有被周围优异的同学所掩盖，他依旧卓尔不群。别人要用一整年完成的科研项目，曹原短短一个寒假就能完成，被评价为“天才中的天才”。

大二时，曹原主动找上曾长淦教授，希望能来到他的实验室学习。曾长淦实验室以实验物理研究为主，曹原在他的指导下进行石墨烯超晶格等离激元的理论研究。2012年，曹原作为中科院首批国际交流生曹原被派往美国顶级研究型大学——密歇根大学学习;2013年，曹原获得中科大“顶尖海外交流奖学金”同年，他被英国顶级研究型大学牛津大学选中，受邀前往伦敦做为期两个月的科学实验;2014年，曹原再次获得中科大最高荣誉奖——郭沫若奖学金！为了继续深造，曹原前往美国著名的麻省理工学院攻读博士学位。

在麻省理工学院，曹原加入了帕布洛·贾里洛·赫雷罗领导的研究团队。四年时间里，曹原一直在潜心研究石墨烯的超导性。石墨烯是一种由单层碳原子以六角形的晶格构成的二维薄膜，它是人类可以制作的最薄的纳米材料，具有非常神奇的物理性质。迄今为止，物理学家已经充分研究了石墨烯的高导热性、高透光性、高硬度和高韧性，这些性质也已经不同程度地得到了应用，但唯独石墨烯的超导性质迟迟未能实现。所以，世界上许多科研团队都在潜心研究石墨烯的超导电性，帕布洛·贾里洛·赫雷罗领导的研究团队便是其中之一。

众所周知，自第二次工业革命以来，电力就成为人类社会不可或缺的次级能源。工业生产需要用电，居家生活需要用电，战争机器需要用电，交通设备需要用电，没有电，人类社会至少倒退三百年！（初级能源是指铁矿石、石油、橡胶这样自然生成的能源;次级能源则是指钢铁、电力这种需要人工二次合成的能源）然而，电力在发电站传输到终端用户的过程中，电能会随着传输距离的加长而不断衰减。为了保证电能的稳定性，发电站只有通过燃烧更多的能源解决损耗问题。面积狭小的国家还好说，但国土面积大的国家就非常烧钱了。美国为什么停电事故频发？因为美国没有一张全国性电网，而其原因主要有两点：一是资本家对电力供应进行划区域垄断，二是美国国土面积太大，建立一张全国性电网所需的能源消耗任何人都承担不起。中国虽然用特高压输电技术解决了全国一张网的问题，但电能供应对初级能源的消耗，依旧非常惊人。

自19世纪电力发明以来，为了解决在传输中的损耗问题，无数应用型物理学家付出了巨大的心血。终于，在1911年，荷兰物理学家海克·卡莫林·昂内斯有了重大发现。经过无数次实验，卡莫林最终确认：汞在温度接近0K的极限值，也就是-273℃时，流通的电子会无限接近于“无阻”通行，其在传输中对能源的消耗最低，可以降至零。卡莫林把这个“零电阻状态”称之为“超导电性”。作为人类史上第一个发现超导体存在的科学家，卡莫林于1913年被授予诺贝尔奖。

虽然证明了超导体对控制电力损耗的有效性，但问题是能在-273℃环境下实现电力零损耗传输的材料，几乎没有。为什么说“几乎”？因为有这种材料但冷却成本比发电成本还高，没有任何市场价值，而一种无法投入市场使用的材料，根本不能产生经济效益。换言之，这种材料没有任何作用。但科学家们并不死心，为了寻找这种“低冷却成本”的超导材料，他们极尽疯狂，终于，在1980年，欧洲物理学家发现铜氧化材料，最低温度可以达到-140℃。但由于排列结构难以调整无法进一步降温，这剩下的133℃就像是一道天堑横亘在所有物理学家的实验室中，纵算他们穷尽毕生余力，也无法解开铜氧化超导的秘密。

此后的整整三十年里，物理学家们一直徘徊在解开铜氧化超导研究的黑暗中。这三十年，又被科学家们称之为“电力物理界的黑暗时代”。有人妄言：按照当前的技术水平能实现卡莫林超导电性的材料，再过五十年都研究不出来！看着那133℃的差距，那种发自内心的绝望让很多物理学家饱受煎熬。然而，谁也没有想到，曹原，这位来自中国年仅23岁的“准博士学生”竟然在黑暗时代点燃了星星之火。

2017年，在曹原攻读麻省理工博士期间，他通过实验发现石墨烯的排列结构中具有非规超导电性的因子，他据此推测出：当两层石墨烯叠在一起发生轻微偏移的时候，材料的特性会发生剧变，并因此催生出超导体的性能。

然而，當时诸多物理科学家对这个结论非常嗤之以鼻，他们想当然的认为，无数顶级前辈历经107年都不曾解决的难题，怎么可能被这么一个名不见经传的中国学生解决，更何况他才23岁？在那些大师辈出的时代，23岁他们还在给导师打下手呢！

面对种种质疑声，曹原并没有做出任何回应，实践才是检验真理的唯一标准，他要用成果证明自己。理论转换为实验的过程中曹原遭遇了种种困难，在经历了一次又一次失败后，曹原依旧信心满满的说：实验失败是家常便饭，心态平和地对待失败就没什么压力，还有成功的希望。

在不知道经历过多少失败与日夜不眠之后，终于，奇迹女神眷顾了他。当他把两层石墨烯材料旋转到特定叠加值时，即旋转到特定的“魔法角度”（1.1°）叠加时，超导体诞生了！虽然成功让他欣喜若狂但他并没有被胜利冲昏头脑曹原深知，在理论储备异常严苛的科学界成功一次或许是偶然你必须具备足够充分的理论水平才能证明它的有效性于是，他又经过六个多月的反复试验最终确立起石墨烯传导的全方位理论！

2018年3月5日，曹原把论文投给世界顶级科学杂志《自然》，收到曹原的投稿后《自然》編辑部一片哗然，连版都没来得及排就在一天之内连续刊登了两篇曹原关于石墨烯超导理论的论文。3月6日，全球科学界四方雷动，无人不为曹原的论文倍感震撼。一位哥伦比亚大学物理教授惊呼：曹原为我们打开了新世界的大门，我们能做的太多了！自卡莫林发现超导体107年后，自欧洲铜氧化材料止步37年后，曹原，这个名不见经传的学生以一己之力扭转乾坤，为电力物理学界在黑暗时代点燃了一把可以燎原的星星之火！

一朝成名，天下雷动。在数据确凿的论文面前，所有人都无视了曹原23岁的年龄，从美国到欧洲，无数顶级大学和科研机构向他抛出橄榄枝，如果曹原愿意，他可以成为麻省最年轻的教授，或者欧洲科学研究院最年轻的学者，但他对这一切都不屑一顾，3月8日，关于石墨烯超导论文轰动世界的第三天，曹原回到中科大。这一天，是中科大少年班成立40周年纪念日，曹原将这份举世无双的研究成果当作寿礼，以庆祝少年40大寿！那天，满身霞光的曹原说了一句平淡的话：我是一个中国人，我学成以后要回到中国去。

目前，曹原仍在美国深造，继续着自己的科学梦。他说“要做的事情还有很多”。

（来源：网络组稿）

（：世纪人物 2019年06期）