95后中国少年荣登10大科学家之首，破解全球百年难题，竟是因为初中一堂物理课

世界顶尖学术期刊《Nature》公布了2018年度科学人物，95后中国少年曹原凭借轰动国际学界的新发现，开辟了凝聚态物理的一块新领域，荣登年度十大科学家之首。这一发现也一举解决了困扰世界107年的难题。他学术之路如何开启，又是怎样持续下去的？一起来听听曹原的故事。

文丨小林君 编辑丨李臻

2008年深圳的一堂初中物理课上，老师黄佳堂正在给学生们讲解金属电阻率的常识：金属的电阻率会随温度的降低而降低，当温度趋于绝对零度，就会呈现一种超导状态。

台下，一位名叫曹原的同学被激起了好奇心，举手问道：“怎么样才能使常温下的材料电阻为零？改变材料性质的方法行不行？”

彼时，老师淡淡地说：“这需要你们去研究，如果你们研究出来，那就很有可能改变世界！”谁也没想到，这个伏笔竟成为多年后曹原改变世界的契机……

光影荏苒，当时光进入2019年初，世界顶尖学术期刊《Nature》公布了2018年度科学人物。在这些人中，中国少年曹原荣登年度十大科学家之首。

纵观每年《自然》十大人物的封面图片，虽然都以一个巨大的数字“10”为主要元素，但具体的样式则会融入当年的科技热点，而今年的封面图则明显指向了曹原的成就。

图片中数字“10”中的“0”被设计成正六边形，代表了曹原实验中石墨烯的碳环结构，同时数字呈现两层红蓝网格叠加的重影，这正是曹原实验中的“魔法角度”。

科学家们表示，曹原轰动国际学界的新发现，直接开辟了凝聚态物理的一块新领域，一举解决了困扰世界107年的难题。

一时间，关于曹原的话题纷纷引发热议，而曹原说自己更多想起的，其实是中学课堂上的那次物理课……

三年读完小初高，高考拿669分

1996年，曹原出生于成都，3岁随父母迁入深圳。

从小，淘气的曹原就有着停不下来的顽皮劲儿：在大人说话时插嘴、在老师上课时顶嘴；为了看教室里的桌子椅子是什么构造，二话不说把它们全部拆了；做实验的时候发现硝酸银太贵，把银镯子丢到买来的硝酸里，偷偷合成…

在一些家长的眼中，调皮捣蛋的孩子更需要严加管教，这样才能“棍棒底下出孝子”。

但幸运的是，曹原的家人却不这么认为。为了支持儿子的好奇心，他们在家里购置来更多的化学、物理实验仪器，为他创造了一个小小实验室。

2007年，曹原在父母的支持下，顺利考上以“超常教育”闻名的深圳耀华实验学校，从此开始了一段“非主流”的童年。

深圳耀华实验学校

入学后，曹原被安排进了小六（2）超常班。这个只有3名同学的班级，由曾在中科大任教超过20年的副校长朱源直接授课，同时配备6位老师，全程照顾这三位孩子的学业。

在曹原的小学班主任黄佳堂眼里，“上学的时候，他已经展示出了过人的灵气和天赋。善于思考，勤于动手，我们发现了他这个特点，于是着重在动手能力培养方面，给他创造条件、提供超过教学大纲的实验条件。”

物理老师：黄佳堂 来源：深圳耀华实验学校

高中学业繁忙，但曹原仍旧鼓捣个不停，放学回家都10点了，他还要再花1个多小时的时间，捣鼓各种化学试剂。

曹原

家人的包容，和学校因材施教的个性化教学，为曹原提供了灵活的教学机制与氛围。别人都是中学三年，高中三年，他只用了两年时间，就把初中、高中的课都读完了。

对此，曹原觉得：“在学习中，重要的不是老师，也不是特别的教材与习题，而是自己愿意钻研的学习兴趣，以及善于钻研的自学能力。”

2010年，14岁的曹原以理科669分的好成绩被中科大录取。

中国科技大学

中科大少年班的“大神”

经历了这段在学校保驾护航下频繁跳级的经历，14岁那年，曹原离开了深圳耀华实验学校，考入中科大少年班学院“严济慈物理英才班”（注：“严济慈物理英才班”由中科大与中科院物理所合办，目标是培养未来活跃在物理及相关研究领域的领军人物）。

即使是在强手如林的中国科技大学少年班，曹原依旧没有被身边同学耀眼的光芒所遮掩，反而过得愈发如鱼得水。

中国科技大学少年班学院 来源：中国科技大学

求知若渴的曹原，经常被同学们看到自如地穿梭于各大教授的办公室，一脸认真地去逐一请教，还时不时提出一些刁钻古怪的问题，和教授一起去探讨。

在一个学霸云集的校园提起曹原，同学们丝毫不吝惜对他的称赞：“他就是中科大下一个庄小威，实在太强了，在中科大完全就是传说级的人物。”

庄小威

同学们口中的庄小威，是中科大学生的榜样，也是第一位获得“麦克阿瑟天才奖”的华人科学家。从中科大少年班毕业后，年仅29岁就进入世界排名第一的哈佛大学担任教授。

在学校里，曹原不仅被同学们“封神”，连老师也对他赞不绝口。

丁泽军教授

在中科大，教授《计算物理》课程的丁泽军教授在同学们眼中“脾气古怪、治学严谨、要求极严，令许多学生闻风丧胆，但偏偏对曹原刮目相看，形容他是一个“很聪明的家伙”。

“本科时计算物理课程中的课题研究成果发了一篇文章。也没花多少时间，也就是一个寒假就做完了。”

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，这是以前从未有过的“奇迹”。

课程之外，兴趣广泛的他喜欢捣鼓计算机，尝试自己从头开始编程，展现出了超强的理论功底和计算机能力。

除了计算机，曹原还喜欢观测宇宙，经常在朋友圈晒天文观测的照片，并告诫自己，在广阔的宇宙面前，再多的起伏都不过是沧海一粟。

曹原拍摄的星空图

大二那年，不满于现状的曹原找到物理学院的曾长淦教授，希望能来到他的实验室学习。也正是在这里，曹原在曾教授的指导下开始了石墨烯超晶格等离激元的理论研究。

“这是在我实验室混过的娃，他还发了一篇PRB理论文章（PRB，物理学术期刊），当时就觉得这孩子太厉害了。”提起曹原，曾教授同样爱不释手，“我实验室出了许多个郭沫若奖，但他在其中还是显得卓尔不群，非常特别。”

曾长淦教授

“他是如此地令人放心，只要把题目交给他，他一定能做出来！ ”

2012年，曹原作为中科大派出的首批交流生，前往美国密歇根大学游学；次年6月，他获得中科大“顶尖海外交流奖学金”，同时被牛津大学选中，受邀开展为期两个月的科研实践。

2014年，曹原本科毕业，荣获中国科技大学本科生最高荣誉——郭沫若奖学金。

曹原获郭沫若奖学金

不久，曹原在牛津大学实践时的导师陈宇林教授，推荐他前往麻省理工学院深造，他随即远赴重洋，在美国攻读博士学位。

这一年，曹原只有18岁。

曹原

麻省理工的18岁博士生

面对学业上的光鲜履历，曹原却极为低调，他称自己“并不特别”，大学还是读满了4年，“只是跳过了中学里一些无趣的部分”。

或许，正是因为这份沉稳、不骄不躁的平和心态，才帮助曹原度过了在美国麻省理工即将到来的几次难关。

美国麻省理工学院(MIT)

初到美国，博士开局阶段的曹原就遇到了阻碍。

因为与麻省理工学院的物理学研究生项目失之交臂，让偏爱物理的曹原一度陷入绝望，但坚持不懈的他并没有因此气馁，而后很快调整过来，通过电气工程系进入Jarillo-Herrero的课题组。

在Jarillo-Herrero的课题组，一次偶然的发现，让曹原获得了一项意外的实验结果，令他激动不已。

Jarillo-Herrero

随后，是曹原花了整整6个月的时间，每天彻夜不休地研究其中的原理，却在最后发现那不过是实验中设置的巧合。

虽然备受打击，但第二天，曹原就又早早出现在实验室，说自己只能卧薪尝胆，继续努力。“他不开心，但他只是卷起袖子继续干了。”导师Jarillo-Herrero犹记得当时的情景。

MIT实验室

在麻省理工，曹原童年时喜欢拆东西的习惯，一直保留了下来。每次进入办公室，曹原的位置都是乱糟糟的，桌上堆满了计算机和自制望远镜的零件。曹原的导师甚至觉得他的内心深处是个“修补匠”。

而即将到来的成就，无形中也与曹原童年就开始的、热爱探索的精神和极强的动手能力息息相关。

当时，课题组已经在进行将碳片层堆叠和旋转至不同角度的尝试。曹原的主要工作则是考察在堆叠的双层石墨烯中，如果将其中一层相对另一层旋转极小的角度后，会发生什么现象。

按照理论预测，轻微的偏转就会让材料行为产生剧变，但有许多物理学家对此心存怀疑，更没有人相信实验结果可以像曹原想象中那么简单。

但曹原没有被外界质疑的声音所击退，他坚持相信自己的判断，并决心创造出这种以微妙角度扭曲的双层石墨烯。

曹原 来源《Nature》

在经历了一次又一次失败后，他依旧信心满满地说：

“实验失败是家常便饭，心态平和地对待失败就没什么压力。”

“吃一堑长一智，做得多了，慢慢就有经验了，自然就攻克了。”

为此，这个20岁出头的小伙子日夜蹲守在实验室，顶住了外界的质疑和嘲笑，克服高温、极寒等多种极端困难条件，在一次又一次失败后，依然坚持不懈。

终于，曹原发现了双层石墨烯一些意想不到的行为！

打破107年的超导体魔咒！

在一次实验中，当曹原开创出新的实验技巧，巧妙地将角度旋转为1.1度时，奇迹发生了，置身特殊电场的两层石墨烯，成为超导体，电子在其间畅行无阻，曹原终于向世界证明了自己！

成功将平行的双层石墨烯扭曲至约1.1°的“魔角”需要一些试错，但曹原很快就掌握了可靠的方法，Jarillo-Herrero认为曹原的实验技巧至关重要。

曹原开创了一种撕出单层石墨烯的方法，以制出具有相同角度的双层堆叠，接着微调校准。他还调整了低温系统的温度，使超导性得以更清晰地显现。

不同角度扭曲的双层石墨烯 来源：《自然》杂志

此刻，欣喜若狂的曹原深知，这将是一个改变世界的研究成果。为此他小心谨慎，通过7个月的反复实验，最终在第二个样本中观察到了同样的现象，确认了自己亲眼所见的事实。

“我们已经料到这会对整个领域带来巨大的影响。但更好的消息还在后面：只需稍微调整一下电场，扭曲的双层石墨烯就能成为一个超导体，让电子实现零电阻流动。”

石墨烯结构示意图 来源《自然》杂志

此刻，曹原终于可以骄傲地对全世界说出他的判断。随后，他将学术论文仔细整理撰写，投给了《自然》杂志。

在收到曹原的论文后，《自然》杂志的编辑欣喜若狂，没有校对、没有排版、直接破例，竟然一天之内连续刊登了两篇他所写的关于石墨烯超导的论文！

要知道，在世界能源史上，电力的传输过程能源损耗巨大。

目前使用的传输材质中，大约7%的能源热是在传输过程中损失掉的，这也一直是世界上所有能源公司头疼的问题。

1911年，荷兰物理学家卡末林•昂内斯发现了一种能够将电子损失降到0的传输材质，命名为“超导体”。而这个发现也让昂内斯荣获当年的诺贝尔奖。

但令人遗憾的是，要想实现这种传输条件，环境必须冷却至绝对零度（也就是零下273摄氏度）。这在现实世界中绝不可能，因此这一科研成果无法付诸实践，能源公司依旧承担着巨额损失。

昂内斯

直到今天，一个来自中国的22岁少年，在材料上另辟蹊径，以新兴的石墨烯，取代成本昂贵的传统“超导体”，一招解决了困扰科学界107年“世界难题”。

在APS march meeting现场，前来聆听石墨烯超导的人已经挤到楼上 来源：知乎网友@小丶斯

《Nature》评价曹原：“开创了一个全新研究领域的杰出科学家”，而他的实验也在被全世界的科学家们复制和拓展，一旦成熟，就能为世界能源行业节省数千亿美元的资金。

当下，曹原并没有停下他的脚步，而是继续投入到了新一轮的实验与学习中。

少年强，则中国强，22岁的曹原用他的智慧和努力，把自己活成了一个传奇，也让世界看到了中国青年的科技力量。