95後中國少年榮登10大科學家之首，破解全球百年難題，竟是因為初中一堂物理課…_風聞

2008年深圳的一堂初中物理課上，老師黃佳堂正在給學生們講解金屬電阻率的常識：金屬的電阻率會隨温度的降低而降低，當温度趨於絕對零度，就會呈現一種超導狀態。

台下，一位名叫曹原的同學被激起了好奇心，舉手問道：“怎麼樣才能使常温下的材料電阻為零？改變材料性質的方法行不行？”

彼時，老師淡淡地説：“這需要你們去研究，如果你們研究出來，那就很有可能改變世界！”誰也沒想到，這個伏筆竟成為多年後曹原改變世界的契機……

光影荏苒，當時光進入2019年初，世界頂尖學術期刊《Nature》公佈了2018年度科學人物。在這些人中，中國少年曹原榮登年度十大科學家之首。

縱觀每年《自然》十大人物的封面圖片，雖然都以一個巨大的數字“10”為主要元素，但具體的樣式則會融入當年的科技熱點，而今年的封面圖則明顯指向了曹原的成就。

圖片中數字“10”中的“0”被設計成正六邊形，代表了曹原實驗中石墨烯的碳環結構，同時數字呈現兩層紅藍網格疊加的重影，這正是曹原實驗中的“魔法角度”。

科學家們表示，曹原轟動國際學界的新發現，直接開闢了凝聚態物理的一塊新領域，一舉解決了困擾世界107年的難題。

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一時間，關於曹原的話題紛紛引發熱議，而曹原説自己更多想起的，其實是中學課堂上的那次物理課……

三年讀完小初高，高考拿669分

1996年，曹原出生於成都，3歲隨父母遷入深圳。

從小，淘氣的曹原就有着停不下來的頑皮勁兒：在大人説話時插嘴、在老師上課時頂嘴；為了看教室裏的桌子椅子是什麼構造，二話不説把它們全部拆了；做實驗的時候發現硝酸銀太貴，把銀鐲子丟到買來的硝酸裏，偷偷合成…

在一些家長的眼中，調皮搗蛋的孩子更需要嚴加管教，這樣才能“棍棒底下出孝子”。

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但幸運的是，曹原的家人卻不這麼認為。為了支持兒子的好奇心，他們在家裏購置來更多的化學、物理實驗儀器，為他創造了一個小小實驗室。

2007年，曹原在父母的支持下，順利考上以“超常教育”聞名的深圳耀華實驗學校，從此開始了一段“非主流”的童年。

深圳耀華實驗學校

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入學後，曹原被安排進了小六（2）超常班。這個只有3名同學的班級，由曾在中科大任教超過20年的副校長朱源直接授課，同時配備6位老師，全程照顧這三位孩子的學業。

在曹原的小學班主任黃佳堂眼裏，“上學的時候，他已經展示出了過人的靈氣和天賦。善於思考，勤於動手，我們發現了他這個特點，於是着重在動手能力培養方面，給他創造條件、提供超過教學大綱的實驗條件。”

物理老師：黃佳堂

圖片來源：深圳耀華實驗學校

高中學業繁忙，但曹原仍舊鼓搗個不停，放學回家都10點了，他還要再花1個多小時的時間，搗鼓各種化學試劑。

曹原

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家人的包容，和學校因材施教的個性化教學，為曹原提供了靈活的教學機制與氛圍。別人都是中學三年，高中三年，他只用了兩年時間，就把初中、高中的課都讀完了。

對此，曹原覺得：“在學習中，重要的不是老師，也不是特別的教材與習題，而是自己願意鑽研的學習興趣，以及善於鑽研的自學能力。”

2010年，14歲的曹原以理科669分的好成績被中科大錄取。

中國科技大學

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中科大少年班的“大神”

經歷了這段在學校保駕護航下頻繁跳級的經歷，14歲那年，曹原離開了深圳耀華實驗學校，考入中科大少年班學院“嚴濟慈物理英才班”（注：“嚴濟慈物理英才班”由中科大與中科院物理所合辦，目標是培養未來活躍在物理及相關研究領域的領軍人物）。

即使是在強手如林的中國科技大學少年班，曹原依舊沒有被身邊同學耀眼的光芒所遮掩，反而過得愈發如魚得水。

中國科技大學少年班學院

圖片來源：中國科技大學

求知若渴的曹原，經常被同學們看到自如地穿梭於各大教授的辦公室，一臉認真地去逐一請教，還時不時提出一些刁鑽古怪的問題，和教授一起去探討。

在一個學霸雲集的校園提起曹原，同學們絲毫不吝惜對他的稱讚：“他就是中科大下一個莊小威，實在太強了，在中科大完全就是傳説級的人物。”

莊小威

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同學們口中的莊小威，是中科大學生的榜樣，也是第一位獲得“麥克阿瑟天才獎”的華人科學家。從中科大少年班畢業後，年僅29歲就進入世界排名第一的哈佛大學擔任教授。    

在學校裏，曹原不僅被同學們“封神”，連老師也對他讚不絕口。

丁澤軍教授

圖片來源：中科大

在中科大，教授《計算物理》課程的丁澤軍教授在同學們眼中“脾氣古怪、治學嚴謹、要求極嚴，令許多學生聞風喪膽，但偏偏對曹原刮目相看，形容他是一個“很聰明的傢伙”。

“本科時計算物理課程中的課題研究成果發了一篇文章。也沒花多少時間，也就是一個寒假就做完了。”

別人要用一整年完成的科研項目，曹原短短一個寒假就能完成，這是以前從未有過的“奇蹟”。

課程之外，興趣廣泛的他喜歡搗鼓計算機，嘗試自己從頭開始編程，展現出了超強的理論功底和計算機能力。除了計算機，曹原還喜歡觀測宇宙，經常在朋友圈曬天文觀測的照片，並告誡自己，在廣闊的宇宙面前，再多的起伏都不過是滄海一粟。

曹原拍攝的星空圖

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大二那年，不滿於現狀的曹原找到物理學院的曾長淦教授，希望能來到他的實驗室學習。也正是在這裏，曹原在曾教授的指導下開始了石墨烯超晶格等離激元的理論研究。

“這是在我實驗室混過的娃，他還發了一篇PRB理論文章（PRB，物理學術期刊），當時就覺得這孩子太厲害了。”提起曹原，曾教授同樣愛不釋手，“我實驗室出了許多個郭沫若獎，但他在其中還是顯得卓爾不羣，非常特別。”

曾長淦教授

圖片來源：中科大

“他是如此地令人放心，只要把題目交給他，他一定能做出來！ ”

2012年，曹原作為中科大派出的首批交流生，前往美國密歇根大學遊學；次年6月，他獲得中科大“頂尖海外交流獎學金”，同時被牛津大學選中，受邀開展為期兩個月的科研實踐。

2014年，曹原本科畢業，榮獲中國科技大學本科生最高榮譽——郭沫若獎學金。

曹原獲郭沫若獎學金

圖片來源：中科大

不久，曹原在牛津大學實踐時的導師陳宇林教授，推薦他前往麻省理工學院深造，他隨即遠赴重洋，在美國攻讀博士學位。

這一年，曹原只有18歲。

曹原

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麻省理工的18歲博士生

面對學業上的光鮮履歷，曹原卻極為低調，他稱自己“並不特別”，大學還是讀滿了4年，“只是跳過了中學裏一些無趣的部分”。

或許，正是因為這份沉穩、不驕不躁的平和心態，才幫助曹原度過了在美國麻省理工即將到來的幾次難關。

美國麻省理工學院(MIT)

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初到美國，博士開局階段的曹原就遇到了阻礙。

因為與麻省理工學院的物理學研究生項目失之交臂，讓偏愛物理的曹原一度陷入絕望，但堅持不懈的他並沒有因此氣餒，而後很快調整過來，通過電氣工程系進入Jarillo-Herrero的課題組。

在Jarillo-Herrero的課題組，一次偶然的發現，讓曹原獲得了一項意外的實驗結果，令他激動不已。

Jarillo-Herrero

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隨後，是曹原花了整整6個月的時間，每天徹夜不休地研究其中的原理，卻在最後發現那不過是實驗中設置的巧合。

雖然備受打擊，但第二天，曹原就又早早出現在實驗室，説自己只能卧薪嚐膽，繼續努力。“他不開心，但他只是捲起袖子繼續幹了。”導師Jarillo-Herrero猶記得當時的情景。

MIT實驗室

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在麻省理工，曹原童年時喜歡拆東西的習慣，一直保留了下來。每次進入辦公室，曹原的位置都是亂糟糟的，桌上堆滿了計算機和自制望遠鏡的零件。曹原的導師甚至覺得他的內心深處是個“修補匠”。

而即將到來的成就，無形中也與曹原童年就開始的、熱愛探索的精神和極強的動手能力息息相關。

當時，課題組已經在進行將碳片層堆疊和旋轉至不同角度的嘗試。曹原的主要工作則是考察在堆疊的雙層石墨烯中，如果將其中一層相對另一層旋轉極小的角度後，會發生什麼現象。

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​按照理論預測，輕微的偏轉就會讓材料行為產生劇變，但有許多物理學家對此心存懷疑，更沒有人相信實驗結果可以像曹原想象中那麼簡單。

但曹原沒有被外界質疑的聲音所擊退，他堅持相信自己的判斷，並決心創造出這種以微妙角度扭曲的雙層石墨烯。

曹原 

圖片來源《Nature》

在經歷了一次又一次失敗後，他依舊信心滿滿地説：

“實驗失敗是家常便飯，心態平和地對待失敗就沒什麼壓力。”

“吃一塹長一智，做得多了，慢慢就有經驗了，自然就攻克了。”

為此，這個20歲出頭的小夥子日夜蹲守在實驗室，頂住了外界的質疑和嘲笑，克服高温、極寒等多種極端困難條件，在一次又一次失敗後，依然堅持不懈。

終於，曹原發現了雙層石墨烯一些意想不到的行為！

打破107年的超導體魔咒！

在一次實驗中，當曹原開創出新的實驗技巧，巧妙地將角度旋轉為1.1度時，奇蹟發生了，置身特殊電場的兩層石墨烯，成為超導體，電子在其間暢行無阻，曹原終於向世界證明了自己！

**成功將平行的雙層石墨烯扭曲至約1.1°的“魔角”需要一些試錯，但曹原很快就掌握了可靠的方法，Jarillo-Herrero認為曹原的實驗技巧至關重要。**曹原開創了一種撕出單層石墨烯的方法，以製出具有相同角度的雙層堆疊，接着微調校準。他還調整了低温系統的温度，使超導性得以更清晰地顯現。

不同角度扭曲的雙層石墨烯

圖片來源：《自然》雜誌

此刻，欣喜若狂的曹原深知，這將是一個改變世界的研究成果。為此他小心謹慎，通過7個月的反覆實驗，最終在第二個樣本中觀察到了同樣的現象，確認了自己親眼所見的事實。

“我們已經料到這會對整個領域帶來巨大的影響。但更好的消息還在後面：只需稍微調整一下電場，扭曲的雙層石墨烯就能成為一個超導體，讓電子實現零電阻流動。”

 石墨烯結構示意圖

圖片來源《自然》雜誌

此刻，曹原終於可以驕傲地對全世界説出他的判斷。隨後，他將學術論文仔細整理撰寫，投給了《自然》雜誌。

在收到曹原的論文後，《自然》雜誌的編輯欣喜若狂，沒有校對、沒有排版、直接破例，竟然一天之內連續刊登了兩篇他所寫的關於石墨烯超導的論文！

要知道，在世界能源史上，電力的傳輸過程能源損耗巨大。

目前使用的傳輸材質中，大約7%的能源熱是在傳輸過程中損失掉的，這也一直是世界上所有能源公司頭疼的問題。

圖片來源：Google

1911年，荷蘭物理學家卡末林•昂內斯發現了一種能夠將電子損失降到0的傳輸材質，命名為“超導體”。而這個發現也讓昂內斯榮獲當年的諾貝爾獎。     

但令人遺憾的是，要想實現這種傳輸條件，環境必須冷卻至絕對零度（也就是零下273攝氏度）。這在現實世界中絕不可能，因此這一科研成果無法付諸實踐，能源公司依舊承擔着鉅額損失。

      

昂內斯

直到今天，一個來自中國的22歲少年，在材料上另闢蹊徑，以新興的石墨烯，取代成本昂貴的傳統“超導體”，一招解決了困擾科學界107年“世界難題”。

在APS march meeting現場，前來聆聽石墨烯超導的人已經擠到樓上

圖片來源：知乎網友@小丶斯

《Nature》評價曹原：“開創了一個全新研究領域的傑出科學家”，而他的實驗也在被全世界的科學家們複製和拓展，一旦成熟，就能為世界能源行業節省數千億美元的資金。

當下，曹原並沒有停下他的腳步，而是繼續投入到了新一輪的實驗與學習中。

少年強，則中國強，22歲的曹原用他的智慧和努力，把自己活成了一個傳奇，也讓世界看到了中國青年的科技力量。

參考資料：

人民日報 《曹原有多牛》

財經天下週刊  中國22歲學霸成世界科學年度人物，一招解決物理界百年難題

 DeepTech深科技 21歲MIT中國科學家連發兩篇《Nature》論文：室温超導有望實現重大突破，石墨烯揭開其中“魔法” | 獨家

歐洲優才計劃：23歲天才少年曹原，榮登世界頂級科學期刊《自然》，2018年度十大科學家之首家之首

最人物 中國95後一夜成名：破解百年難題，這個“錦鯉少年”徹底火了！曹原本人在知乎的回覆：https://www.zhihu.com/question/268268033

作者： 小林君，精英説作者，英國文化研究領域海歸小碩，用心碼字。

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