編者按：近日，今日頭條科學(xué)頻道聯(lián)合世界頂尖科學(xué)家協(xié)會(huì)推出了科普視頻系列《科學(xué)家請(qǐng)回答2020》，由科普創(chuàng)作者連線對(duì)話科學(xué)家，聚焦2020年度科技大事件和科研成果，帶觀眾了解科學(xué)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(duì)談諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德烈·蓋姆(Andre Geim)。
安德烈·蓋姆被譽(yù)為"石墨烯之父"，是俄羅斯裔物理學(xué)家，擁有荷蘭和英國雙重國籍，現(xiàn)任曼徹斯特大學(xué)物理與天文學(xué)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(shí)驗(yàn)，與其學(xué)生康斯坦丁·諾沃肖羅夫共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
袁嵐峰是中國科技大學(xué)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(duì)談視頻截圖
以下為對(duì)談實(shí)錄：
袁嵐峰：首先請(qǐng)讓我簡單介紹下我自己，我叫袁嵐峰，來自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)USTC，主攻化學(xué)。
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(jiǎng)，很高興今天能和您一起探討。
袁嵐峰：見到您很高興，實(shí)際上我的第一個(gè)問題是關(guān)于您的姓(Geim)，請(qǐng)問您的姓氏標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)該是蓋姆。那么第一個(gè)正經(jīng)的問題是關(guān)于石墨烯，我們知道，我們?cè)谥袑W(xué)就學(xué)過石墨的結(jié)構(gòu)。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(qǐng)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(gè)研究起，我就在尋找周圍各種有趣的事情。那時(shí)我從荷蘭搬到了英國，然后我正在尋找一個(gè)新的課題。當(dāng)時(shí)碳納米管非常流行，因此我想到，石墨是一個(gè)非常有趣的材料。沒有人在石墨薄膜這個(gè)領(lǐng)域開始過研究，因?yàn)橐郧安豢赡苤苽涑鲞@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(xué)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(gè)研究項(xiàng)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(gè)精彩的故事。您的工作引起了巨大的轟動(dòng)，現(xiàn)在石墨烯已經(jīng)形成一個(gè)很大的產(chǎn)業(yè)，不過，還是經(jīng)常聽到一種說法：這個(gè)產(chǎn)業(yè)缺少一個(gè)"爆款應(yīng)用"，請(qǐng)問您對(duì)此怎么看?
安德烈·蓋姆：當(dāng)我們談?wù)撌?，我們關(guān)心的不是應(yīng)用，它基本上是關(guān)于這種材料帶給我們新的知識(shí)。我得到諾貝爾獎(jiǎng)不是因?yàn)殚_公司或者諸如此類的事情，我得到諾貝爾獎(jiǎng)是因?yàn)閺氖┲邪l(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?cè)谶@個(gè)新物體中發(fā)現(xiàn)了什么。如果你仔細(xì)觀察我們周圍，我們周圍的每個(gè)物體都是三維的，它有厚度，有長度，還有寬度。你不會(huì)在我們身邊找到一個(gè)物體，它的厚度只有一個(gè)原子或一個(gè)分子。這個(gè)物質(zhì)挑戰(zhàn)了人類科學(xué)家和認(rèn)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(huì)在室溫融化，如果你想得到同樣薄的鋁或者鐵，它會(huì)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(shí)，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(jìn)行，這很可能將給我們帶來整個(gè)一類新材料的研究，并用于實(shí)際應(yīng)用，這是第一個(gè)關(guān)鍵。關(guān)于石墨烯第二個(gè)關(guān)鍵是，人人都認(rèn)為，如果你從石墨中取出一小塊，它的性質(zhì)會(huì)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(qiáng)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(duì)嗎?
安德烈·蓋姆：是的，它打開了材料界的一個(gè)新時(shí)代。人類跟隨著材料的發(fā)展，從石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代再到充滿硅和塑料的現(xiàn)代社會(huì)。因此我相信，我們正在進(jìn)入，至少是部分進(jìn)入一個(gè)二維材料的新時(shí)代。這個(gè)領(lǐng)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(dǎo)電材料或者超硬材料，但實(shí)際上，它在科學(xué)上基礎(chǔ)的重要之處在于，它是二維材料。我們從沒意識(shí)到二維物質(zhì)的存在，這真是神奇。那么，關(guān)于石墨烯和碳基半導(dǎo)體的未來。例如，中國一些團(tuán)隊(duì)在今年五月的《科學(xué)》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(qǐng)問您覺得碳基半導(dǎo)體的前景如何?
安德烈·蓋姆：這是一個(gè)由你提到的這個(gè)團(tuán)隊(duì)做出的重要的進(jìn)展，我認(rèn)識(shí)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?yán)眯虏牧?，?fù)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(qiáng)大的芯片，它們支撐了我們的電腦和手機(jī)，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(shù)水平。我覺得比這次更大的意義應(yīng)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(yīng)該限制自己的想象僅僅復(fù)制現(xiàn)有的技術(shù)。
安德烈·蓋姆
袁嵐峰：是的，我理解了，這個(gè)問題實(shí)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(shí)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(jiǎng)"，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(gè)主意的呢?這項(xiàng)研究的未來如何?
安德烈·蓋姆：貫穿我整個(gè)的職業(yè)生涯，我都在努力做一些出乎預(yù)料的事，在其他人還沒有研究過的，尚未高度發(fā)展的領(lǐng)域。因此在25年前，我決定考察一個(gè)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(duì)磁場(chǎng)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(chǎng)中懸浮了起來。我花了五分鐘的時(shí)間去想明白，這玩意不是科幻中的反重力機(jī)器，和那個(gè)完全是兩碼事，這個(gè)現(xiàn)象背后的原理，其實(shí)我們?cè)缭诎倌昵熬椭懒?，就是磁?chǎng)，抗磁性。例如你和我，我們都有一點(diǎn)磁性，我們可能感覺不到，但是當(dāng)我們被放入磁場(chǎng)后，我們變得好像一個(gè)小磁體，甚至其實(shí)不是那么小。磁依賴于磁場(chǎng)，但是每個(gè)人，包括專家，都認(rèn)為這只是個(gè)微小的現(xiàn)象，只能用于特殊的環(huán)境中，如此等等。但實(shí)際上我們卻發(fā)現(xiàn)，這些條件在全世界的很多實(shí)驗(yàn)室都可以日常地提供，這些條件在我之前半個(gè)世紀(jì)就已經(jīng)存在了，只是沒人去做這種簡單的實(shí)驗(yàn)。把普通的物質(zhì)放到磁場(chǎng)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(chǎng)中，這對(duì)于這個(gè)領(lǐng)域的專家都是個(gè)相當(dāng)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(diǎn)太科學(xué)了，因此我決定做一個(gè)標(biāo)志性的展示，我把小青蛙放到磁場(chǎng)中，青蛙也懸浮了起來。如果青蛙能磁懸浮，人類當(dāng)然也可以，這就是我的要點(diǎn)。
搞笑諾貝爾"獎(jiǎng)"，當(dāng)我被問到我是否愿意領(lǐng)獎(jiǎng)，因?yàn)橛行┤瞬辉敢庥胁粚I(yè)的職業(yè)生涯，不是個(gè)對(duì)專業(yè)人員有益的獎(jiǎng)項(xiàng)，但我的一生都樂于冒險(xiǎn)，因此我愿意領(lǐng)獎(jiǎng)，因?yàn)榈綍r(shí)我就能拿自己開玩笑了。
袁嵐峰：是的，這不僅僅是個(gè)玩笑，這實(shí)際上也是非常重要的物理實(shí)驗(yàn)。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?yàn)槿梭w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(rèn)為做這個(gè)有什么意義，這個(gè)研究最重要的問題不是關(guān)于新知識(shí)，而是在轉(zhuǎn)換磁場(chǎng)環(huán)境中的物質(zhì)的新認(rèn)知，它變得更加深入了。我親眼所見，學(xué)者們剛開始僅僅看到蚊子在磁場(chǎng)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(chǎng)飛，因?yàn)榇艌?chǎng)的變換讓它們感覺到了不舒服。
袁嵐峰：我明白了。看起來您的風(fēng)格和其他大多數(shù)科學(xué)家十分不同，大多數(shù)科學(xué)家會(huì)從非常奇怪的材料中尋找新現(xiàn)象。比如量子霍爾效應(yīng)，它同樣處于強(qiáng)磁場(chǎng)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(fēng)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(yīng)該仔細(xì)觀察，非常感謝您。
安德烈·蓋姆：是的，科學(xué)通常沿著某個(gè)方向小步發(fā)展，人們逐漸地發(fā)展知識(shí)，突然間他們?cè)谶@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(lǐng)域，希望在這條路上的某個(gè)地方發(fā)現(xiàn)有一些有趣的東西。我跳進(jìn)了未知的領(lǐng)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(lǐng)域的研究呢?
安德烈·蓋姆：實(shí)際上，在獲得諾貝爾獎(jiǎng)后，我們開啟了幾個(gè)新課題，是關(guān)于二維材料的。我們目前了解到二維空間的材料，有時(shí)稱它"2D無""2D nothing"，對(duì)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(gè)原子高，是空的。我們研究了分子、原子、水如何穿過這個(gè)終極狹小的毛細(xì)血管，這對(duì)石墨烯的研究來說是個(gè)重大的課題。因此可以說這些研究，有點(diǎn)相關(guān)于，不是跟物理，而是跟技術(shù)。因?yàn)槎S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(yàn)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(xué)和技術(shù)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(tuán)隊(duì)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(dāng)過俄羅斯人。我的父母是德國人，對(duì)于任何俄羅斯的人來說，當(dāng)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(shí)，你懂的，由于一些歷史原因，對(duì)一個(gè)擁有德國父母和這個(gè)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(gè)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(gè)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(rèn)為我是俄羅斯人，尤其是當(dāng)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(xué)術(shù)風(fēng)格的原因之一，對(duì)不對(duì)?
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(dú)特風(fēng)格吧。
袁嵐峰：這真的很令人驚奇。實(shí)際上，我的一個(gè)博士后導(dǎo)師，羅德·霍夫曼教授，您知道他嗎?
袁嵐峰導(dǎo)師霍夫曼教授曾獲1981年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)
安德烈·蓋姆：我聽到過這個(gè)名字，沒有見過面。
袁嵐峰：他在1981年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。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(duì)此很理解。那么，您近年經(jīng)?；囟砹_斯嗎，俄羅斯的科學(xué)和教育環(huán)境現(xiàn)在如何?
安德烈·蓋姆：我與俄羅斯的科學(xué)界和技術(shù)界已經(jīng)完全失去了聯(lián)系，有時(shí)會(huì)有俄羅斯科學(xué)家會(huì)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(gè)前提下，在我的實(shí)驗(yàn)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(huì)有三次。因此我對(duì)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(duì)我的出生地的感情是比較復(fù)雜的。
袁嵐峰：我明白了，所以在這個(gè)意義上，你確實(shí)是個(gè)世界公民。
安德烈·蓋姆：是，我認(rèn)為自己是歐洲人，因?yàn)槲业母改?，我的基因。我在中國花了很多時(shí)間進(jìn)行學(xué)術(shù)研究，我在中國有很多的科學(xué)界關(guān)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(duì)中國如此熟悉，您覺得中國的科學(xué)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(jí)科學(xué)家。一般而言，中國更多的偏向應(yīng)用科學(xué)，在應(yīng)用科學(xué)方面非常強(qiáng)大。不過在基礎(chǔ)科學(xué)方面，中國仍然在美國之下，居于第二。不過就應(yīng)用科學(xué)而言，中國確實(shí)在世界的頂端。在基礎(chǔ)研究方面，追趕得也非?？?。還有就是，很多人在擔(dān)心，獲得諾貝爾獎(jiǎng)的問題。你真不應(yīng)該擔(dān)心，你懂的，從發(fā)現(xiàn)某個(gè)東西到得諾獎(jiǎng)，一般需要三四十年。在大多數(shù)情況下，我算是一個(gè)例外。
安德烈·蓋姆評(píng)價(jià)中國應(yīng)用科學(xué)
袁嵐峰：是的是的，我正想說這個(gè)。
安德烈·蓋姆：但總的來說還是需要很長時(shí)間的，我很確信中國已經(jīng)有不少諾貝爾獎(jiǎng)的成果，它們將會(huì)在未來的幾十年中得到獎(jiǎng)。事情就是這樣，中國現(xiàn)在的科研是很強(qiáng)的。
袁嵐峰：非常感謝您，您對(duì)中國真的很友好。不過我們自己對(duì)我們?cè)诨A(chǔ)研究方面的缺乏還是非常擔(dān)憂的。正如您所說，我們集中在應(yīng)用科學(xué)上。所以您有沒有一些對(duì)中國人民的建議，提高我們對(duì)基礎(chǔ)研究的重視?
安德烈·蓋姆：我認(rèn)為基礎(chǔ)研究，對(duì)于任何一個(gè)國家都是非常重要的，因?yàn)楝F(xiàn)代科技、應(yīng)用研究、產(chǎn)業(yè)等等的基石都是基礎(chǔ)研究，如果移除了這個(gè)基礎(chǔ)，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(gè)好例子，基礎(chǔ)研究這一層有所缺失，所以基礎(chǔ)研究的知識(shí)、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(yīng)用研究中，做應(yīng)用研究的人缺乏這種知識(shí)和專業(yè)技能，這些知識(shí)和專業(yè)技能來自另一些基礎(chǔ)研究層級(jí)的人。有時(shí)，中國的應(yīng)用研究質(zhì)量不足以帶來技術(shù)突破，而基礎(chǔ)研究會(huì)刺激高質(zhì)量的應(yīng)用研究，然后帶來技術(shù)進(jìn)展，這就是我對(duì)中國產(chǎn)業(yè)界的建議。給基礎(chǔ)研究更多的投資，這是你知道，這會(huì)提高應(yīng)用研究的質(zhì)量，發(fā)展新技術(shù)。
袁嵐峰：我完全贊成，非常感謝。最后，你對(duì)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(shí)與教育是非常重要的。中國的父母非常積極地推動(dòng)孩子們?nèi)カ@得更高的教育，真正成為有學(xué)識(shí)的人。但包括中國在內(nèi)，金錢和知識(shí)對(duì)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(cái)富，可能不是超級(jí)富裕，但你會(huì)同時(shí)獲得富裕、快樂和智慧。然而如果你超級(jí)富裕，卻愚蠢，沒有受過良好的教育，那么金錢永遠(yuǎn)不能給你買到智慧，永遠(yuǎn)不行。窮盡世界上所有的錢也買不到良好的心智。所以請(qǐng)永遠(yuǎn)努力把知識(shí)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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