編者按：近日，今日頭條科學頻道聯(lián)合世界頂尖科學家協(xié)會推出了科普視頻系列《科學家請回答2020》，由科普創(chuàng)作者連線對話科學家，聚焦2020年度科技大事件和科研成果，帶觀眾了解科學家大成就背后的小故事。首期視頻由西瓜視頻創(chuàng)作人袁嵐峰對談諾貝爾物理學獎獲得者安德烈·蓋姆(Andre Geim)。
安德烈·蓋姆被譽為"石墨烯之父"，是俄羅斯裔物理學家，擁有荷蘭和英國雙重國籍，現(xiàn)任曼徹斯特大學物理與天文學院教授。2010年，蓋姆教授憑借在二維空間材料石墨烯的突破性實驗，與其學生康斯坦丁·諾沃肖羅夫共同獲得諾貝爾物理學獎。
袁嵐峰是中國科技大學副研究員，也是一位著名的科普創(chuàng)作者，目前在西瓜視頻擁有超過200萬的粉絲。
袁嵐峰與安德烈·蓋姆對談視頻截圖
以下為對談實錄：
袁嵐峰：首先請讓我簡單介紹下我自己，我叫袁嵐峰，來自中國科學技術大學USTC，主攻化學。
安德烈·蓋姆：大家好，我是安德烈·蓋姆，我剛好在十年前獲得過一次諾貝爾獎，很高興今天能和您一起探討。
袁嵐峰：見到您很高興，實際上我的第一個問題是關于您的姓(Geim)，請問您的姓氏標準發(fā)音究竟是什么?
安德烈·蓋姆：蓋姆。
袁嵐峰：蓋姆，好的謝謝您，人們經(jīng)常困惑到底是海姆，吉姆還是蓋姆，原來應該是蓋姆。那么第一個正經(jīng)的問題是關于石墨烯，我們知道，我們在中學就學過石墨的結構。但是，在您的成果之前，單層石墨即石墨烯卻一直沒有制備出來。請問您是為什么想到要去制備石墨烯的?又是如何想到"用膠帶撕"這種方法的?
安德烈·蓋姆：從我開始這個研究起，我就在尋找周圍各種有趣的事情。那時我從荷蘭搬到了英國，然后我正在尋找一個新的課題。當時碳納米管非常流行，因此我想到，石墨是一個非常有趣的材料。沒有人在石墨薄膜這個領域開始過研究，因為以前不可能制備出這種薄膜。也許我們可以制備某種跟碳納米管很類似的東西，制備石墨的薄膜。因此我和一位中國學生開始了博士研究，他叫Jiang Da，Jiang Da現(xiàn)在是一名上海的教授。我們一起開始了這個研究項目，最終我們制備了石墨的薄膜，最終我們獲得了單層的物質(zhì)，現(xiàn)在被稱為石墨烯，這就是簡單的故事。
袁嵐峰：這是個精彩的故事。您的工作引起了巨大的轟動，現(xiàn)在石墨烯已經(jīng)形成一個很大的產(chǎn)業(yè)，不過，還是經(jīng)常聽到一種說法：這個產(chǎn)業(yè)缺少一個"爆款應用"，請問您對此怎么看?
安德烈·蓋姆：當我們談論石墨烯，我們關心的不是應用，它基本上是關于這種材料帶給我們新的知識。我得到諾貝爾獎不是因為開公司或者諸如此類的事情，我得到諾貝爾獎是因為從石墨烯中發(fā)現(xiàn)的新物理。
袁嵐峰：是的，我完全同意。
安德烈·蓋姆：重要的是我們在這個新物體中發(fā)現(xiàn)了什么。如果你仔細觀察我們周圍，我們周圍的每個物體都是三維的，它有厚度，有長度，還有寬度。你不會在我們身邊找到一個物體，它的厚度只有一個原子或一個分子。這個物質(zhì)挑戰(zhàn)了人類科學家和認知的極限，就是我們難以相信單原子物質(zhì)在大自然的存在，這背后是非常有力的物理法則。
蓋姆教授講解石墨烯
我們同樣也在經(jīng)歷，例如，你想取得同樣(如石墨烯一樣)單層的金子，它會在室溫融化，如果你想得到同樣薄的鋁或者鐵，它會氧化，然后完全被摧毀。
因此我們從來沒有"這種物質(zhì)可以存在"的知識，石墨烯正是第一種材料，證明單原子或者單分子厚度的材料可以存在?，F(xiàn)在，我們有幾十幾百種這樣的材料，它們正在世界各地被研究，正在世界各地進行，這很可能將給我們帶來整個一類新材料的研究，并用于實際應用，這是第一個關鍵。關于石墨烯第二個關鍵是，人人都認為，如果你從石墨中取出一小塊，它的性質(zhì)會基本上和大塊材料一樣，然而石墨烯證明，某種物質(zhì)的一小部分可以具有跟大塊材料完全不同的性質(zhì)，它的性質(zhì)豐富得多，強大得多。石墨烯與其母材石墨非常不同，其他石墨烯的姐妹材料也是如此。
袁嵐峰：我明白了，因此石墨烯最重要的不是它的物質(zhì)本身，而是它打開了二維物質(zhì)的大門，對嗎?
安德烈·蓋姆：是的，它打開了材料界的一個新時代。人類跟隨著材料的發(fā)展，從石器時代、青銅時代、鐵器時代再到充滿硅和塑料的現(xiàn)代社會。因此我相信，我們正在進入，至少是部分進入一個二維材料的新時代。這個領域在15年前我們還一無所知，在此之前，我們甚至想都不敢想這種物質(zhì)的存在。
袁嵐峰：人們一般談的是石墨烯的用途，例如它可以用作導電材料或者超硬材料，但實際上，它在科學上基礎的重要之處在于，它是二維材料。我們從沒意識到二維物質(zhì)的存在，這真是神奇。那么，關于石墨烯和碳基半導體的未來。例如，中國一些團隊在今年五月的《科學》雜志上發(fā)表了論文，他們第一次制備了性能超越硅晶體管的碳納米管晶體管，請問您覺得碳基半導體的前景如何?
安德烈·蓋姆：這是一個由你提到的這個團隊做出的重要的進展，我認識他們。但是，如果我們能看的更加廣闊，目前我們只是一直在嘗試利用新材料，復制一些我們已經(jīng)了解的事物而已。我們知道，硅制造出了十分強大的芯片，它們支撐了我們的電腦和手機，利用石墨烯或者碳納米管晶體管這樣的材料，只是嘗試去提高現(xiàn)有的技術水平。我覺得比這次更大的意義應該是：我們現(xiàn)在的工作，是我們首次理解碳基科技的基本原理，我們不應該限制自己的想象僅僅復制現(xiàn)有的技術。
安德烈·蓋姆
袁嵐峰：是的，我理解了，這個問題實際上比您的圖景狹窄得多，您的圖景才是真正重要的事。真的很了不起，您仍然在科研工作的一線，從你的職業(yè)生涯一開始到現(xiàn)在，您一直保持著從事研究，同時您還做了其他有趣的事情。比如，您靠著磁懸浮一只青蛙，獲得了"搞笑諾貝爾獎"，這看起來令人捧腹大笑。但是你還可以考慮磁懸浮人類或諸如此類，您是怎么想到這個主意的呢?這項研究的未來如何?
安德烈·蓋姆：貫穿我整個的職業(yè)生涯，我都在努力做一些出乎預料的事，在其他人還沒有研究過的，尚未高度發(fā)展的領域。因此在25年前，我決定考察一個沒有被充分理解的主題"磁化的水"，那么水發(fā)生了什么?讓我吃驚的是，以及更重要的，讓我所有的那些終身對磁場做專業(yè)研究的同事們吃驚的是，水被潑出后不是灑在地板上，而是在磁場中懸浮了起來。我花了五分鐘的時間去想明白，這玩意不是科幻中的反重力機器，和那個完全是兩碼事，這個現(xiàn)象背后的原理，其實我們早在百年前就知道了，就是磁場，抗磁性。例如你和我，我們都有一點磁性，我們可能感覺不到，但是當我們被放入磁場后，我們變得好像一個小磁體，甚至其實不是那么小。磁依賴于磁場，但是每個人，包括專家，都認為這只是個微小的現(xiàn)象，只能用于特殊的環(huán)境中，如此等等。但實際上我們卻發(fā)現(xiàn)，這些條件在全世界的很多實驗室都可以日常地提供，這些條件在我之前半個世紀就已經(jīng)存在了，只是沒人去做這種簡單的實驗。把普通的物質(zhì)放到磁場中，我放入了水，然后我得到了漂亮的視頻。草莓、西紅柿等等，任何東西，以及其他物體磁懸浮在磁場中，這對于這個領域的專家都是個相當震撼的經(jīng)歷。但最終，如何向大眾展示，你有你的科普欄目(科技袁人)，如果你說懸浮水或塑料，那聽起來還是有點太科學了，因此我決定做一個標志性的展示，我把小青蛙放到磁場中，青蛙也懸浮了起來。如果青蛙能磁懸浮，人類當然也可以，這就是我的要點。
搞笑諾貝爾"獎"，當我被問到我是否愿意領獎，因為有些人不愿意有不專業(yè)的職業(yè)生涯，不是個對專業(yè)人員有益的獎項，但我的一生都樂于冒險，因此我愿意領獎，因為到時我就能拿自己開玩笑了。
袁嵐峰：是的，這不僅僅是個玩笑，這實際上也是非常重要的物理實驗。您是不是說，如果水和青蛙可以被磁懸浮，那么人類也可以，因為人體里也有水?
安德烈·蓋姆：是的，人類的確可以被磁懸浮，這需要非常大的磁體。但是我不認為做這個有什么意義，這個研究最重要的問題不是關于新知識，而是在轉(zhuǎn)換磁場環(huán)境中的物質(zhì)的新認知，它變得更加深入了。我親眼所見，學者們剛開始僅僅看到蚊子在磁場中飛行，但是他們從沒有真正了解，為什么蚊子試圖調(diào)整方向沿著磁場飛，因為磁場的變換讓它們感覺到了不舒服。
袁嵐峰：我明白了?？雌饋砟娘L格和其他大多數(shù)科學家十分不同，大多數(shù)科學家會從非常奇怪的材料中尋找新現(xiàn)象。比如量子霍爾效應，它同樣處于強磁場中，它的材料也非常的特殊。但是您只是在用青蛙和水，它們是非常大眾化的物質(zhì)。您的風格是從我們熟悉的材料中尋找新現(xiàn)象，比如石墨，比如青蛙，這真是很神奇。這讓人感覺到，有這么多宇宙秘密，而它們就在我們身邊，我們應該仔細觀察，非常感謝您。
安德烈·蓋姆：是的，科學通常沿著某個方向小步發(fā)展，人們逐漸地發(fā)展知識，突然間他們在這條路上發(fā)現(xiàn)了新的東西，這是做事的一種方法。但不同的是，我用另一種不同的方法做事，而不是逐漸發(fā)展我自己的研究領域，希望在這條路上的某個地方發(fā)現(xiàn)有一些有趣的東西。我跳進了未知的領域，希望在那里找到一些有趣的東西，至少這樣做是有趣的。
袁嵐峰：這些年您還做了那些新領域的研究呢?
安德烈·蓋姆：實際上，在獲得諾貝爾獎后，我們開啟了幾個新課題，是關于二維材料的。我們目前了解到二維空間的材料，有時稱它"2D無""2D nothing"，對吧，用中文說是"2D無"。"2D無"完全說明了它是能創(chuàng)造的最小的空間，僅僅一個原子高，是空的。我們研究了分子、原子、水如何穿過這個終極狹小的毛細血管，這對石墨烯的研究來說是個重大的課題。因此可以說這些研究，有點相關于，不是跟物理，而是跟技術。因為二維物質(zhì)提供了如此多的可能性，我試圖利用這些可能性，試驗性的可能性去研究新課題，但這些研究和其他由石墨烯帶來的，物理學和技術研究都完全不一樣。這便是從青蛙到石墨烯，再到"2D無"的跳躍。
袁嵐峰：非常感謝您，這真神奇。我們期待您的團隊帶來更多有趣的新成果。有趣的是，您和您的搭檔康斯坦丁·諾沃肖洛夫教授都是俄羅斯人，你們兩位都是生于俄羅斯是嗎?
安德烈·蓋姆與康斯坦丁·諾沃肖洛夫
安德烈·蓋姆：我的確出生在俄國，但是我從不稱我自己是俄羅斯人。我來自蘇聯(lián)，我是蘇聯(lián)公民，后來我離開了，去了西方，所以我從未當過俄羅斯人。我的父母是德國人，對于任何俄羅斯的人來說，當他們說蓋姆我的姓氏，他們都知道這不是俄羅斯名字，因此我也從來沒有被稱作為俄羅斯人。同時，你懂的，由于一些歷史原因，對一個擁有德國父母和這個姓氏的人來說，在俄羅斯長大是一段不太舒服的經(jīng)歷。這就像是一個中國人，比如，姓張吧。我不知道你的姓氏，但是你卻生長在，比如說日本，你可以想到這個人多么不幸吧。然后你去了中國，人們把你稱為日本人 。所以我怎么感受呢，我的確說俄語，我有很多朋友在俄羅斯，但是我不認為我是俄羅斯人，尤其是當我已經(jīng)在西方生活了30年之后。
袁嵐峰：我明白我明白，真有趣，所以您的背景橫跨了多種文化，也許這是您學術風格的原因之一，對不對?
安德烈·蓋姆：是的，肯定影響了，我家庭的歷史,各處搬家的經(jīng)歷，作為德國人在蘇聯(lián)遭受歧視的經(jīng)歷，都影響了我性格和工作的獨特風格吧。
袁嵐峰：這真的很令人驚奇。實際上，我的一個博士后導師，羅德·霍夫曼教授，您知道他嗎?
袁嵐峰導師霍夫曼教授曾獲1981年諾貝爾化學獎
安德烈·蓋姆：我聽到過這個名字，沒有見過面。
袁嵐峰：他在1981年獲得了諾貝爾化學獎。他生于1937年，正好是二戰(zhàn)的前兩年，在希特勒入侵波蘭之前，他出生在了波蘭，他的童年也是同樣多難，我對此很理解。那么，您近年經(jīng)?；囟砹_斯嗎，俄羅斯的科學和教育環(huán)境現(xiàn)在如何?
安德烈·蓋姆：我與俄羅斯的科學界和技術界已經(jīng)完全失去了聯(lián)系，有時會有俄羅斯科學家會來訪問我，我有不少博士生和博士后來自俄羅斯，他們受到了很好的教育。在這個前提下，在我的實驗室里有更多來自中國的博士生和博士后，其中有些是極其優(yōu)秀的，我訪問中國的次數(shù)也顯然多得多，大概一年會有三次。因此我對中國非常熟悉。我大約有10年沒去過俄羅斯了，從我的角度，我對我的出生地的感情是比較復雜的。
袁嵐峰：我明白了，所以在這個意義上，你確實是個世界公民。
安德烈·蓋姆：是，我認為自己是歐洲人，因為我的父母，我的基因。我在中國花了很多時間進行學術研究，我在中國有很多的科學界關系，我每年訪問中國三四次，我沒去美國大概也有幾年了。
袁嵐峰：哦，是嗎?那么，既然您對中國如此熟悉，您覺得中國的科學與教育如何?您能給中國一些建議嗎?
安德烈·蓋姆：我了解中國，我到過中國的很多城市。我的一些博士生和博士后說我到過的中國城市的數(shù)目是他們的十倍，盡管他們是中國人。我有許多合作者，比如說來自深圳、北京和廈門，我們有密切的工作接觸，他們是非常非常優(yōu)秀的世界級科學家。一般而言，中國更多的偏向應用科學，在應用科學方面非常強大。不過在基礎科學方面，中國仍然在美國之下，居于第二。不過就應用科學而言，中國確實在世界的頂端。在基礎研究方面，追趕得也非?？?。還有就是，很多人在擔心，獲得諾貝爾獎的問題。你真不應該擔心，你懂的，從發(fā)現(xiàn)某個東西到得諾獎，一般需要三四十年。在大多數(shù)情況下，我算是一個例外。
安德烈·蓋姆評價中國應用科學
袁嵐峰：是的是的，我正想說這個。
安德烈·蓋姆：但總的來說還是需要很長時間的，我很確信中國已經(jīng)有不少諾貝爾獎的成果，它們將會在未來的幾十年中得到獎。事情就是這樣，中國現(xiàn)在的科研是很強的。
袁嵐峰：非常感謝您，您對中國真的很友好。不過我們自己對我們在基礎研究方面的缺乏還是非常擔憂的。正如您所說，我們集中在應用科學上。所以您有沒有一些對中國人民的建議，提高我們對基礎研究的重視?
安德烈·蓋姆：我認為基礎研究，對于任何一個國家都是非常重要的，因為現(xiàn)代科技、應用研究、產(chǎn)業(yè)等等的基石都是基礎研究，如果移除了這個基礎，在這之上建立的紙牌屋都將崩塌。您可能已經(jīng)看到了，中國是一個好例子，基礎研究這一層有所缺失，所以基礎研究的知識、戰(zhàn)略和思想方法，在一定程度上沒有轉(zhuǎn)移到另一層的應用研究中，做應用研究的人缺乏這種知識和專業(yè)技能，這些知識和專業(yè)技能來自另一些基礎研究層級的人。有時，中國的應用研究質(zhì)量不足以帶來技術突破，而基礎研究會刺激高質(zhì)量的應用研究，然后帶來技術進展，這就是我對中國產(chǎn)業(yè)界的建議。給基礎研究更多的投資，這是你知道，這會提高應用研究的質(zhì)量，發(fā)展新技術。
袁嵐峰：我完全贊成，非常感謝。最后，你對普遍的中國觀眾有沒有想說的話?
安德烈·蓋姆：我知道，在中國文化中，知識與教育是非常重要的。中國的父母非常積極地推動孩子們?nèi)カ@得更高的教育，真正成為有學識的人。但包括中國在內(nèi)，金錢和知識對于年輕一代越來越重要。我的信息是，如果你受到良好的教育，你總是能過上好的生活，獲得財富，可能不是超級富裕，但你會同時獲得富裕、快樂和智慧。然而如果你超級富裕，卻愚蠢，沒有受過良好的教育，那么金錢永遠不能給你買到智慧，永遠不行。窮盡世界上所有的錢也買不到良好的心智。所以請永遠努力把知識和教育放在金錢之上，這就是我的信息。
袁嵐峰：說得太棒了，謝謝。
安德烈·蓋姆：很高興與您溝通，祝您后續(xù)采訪順利，謝謝!
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