如果你想拿諾貝爾物理學獎,你通常需要:
1. 一個巨大的實驗室。
2. 幾千萬的研究經費。
3. 一台超級顯微鏡或粒子加速器。
但在 2010 年,安德烈·蓋姆(Andre Geim)和他的學生康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)打破了這個規則。
他們用的工具,是你辦公桌抽屜裡都有的東西:一捲 Scotch 透明膠帶。
他們用這捲膠帶,從鉛筆芯(石墨)上「撕」下了世界上最薄、最強韌的材料——石墨烯(Graphene)。
這聽起來像是小學生的勞作課,但這卻是材料科學史上最重要的突破之一。而在這之前,蓋姆教授已經因為另一個「惡作劇」而聞名全球。
1. 2000 年:會飛的青蛙(搞笑諾貝爾獎)
在他拿真正的諾貝爾獎之前的 10 年,蓋姆就已經「拿獎」了。
那是 搞笑諾貝爾獎(Ig Nobel Prize),專門頒給那些「乍看之下很好笑,細看之下引人深省」的研究。
蓋姆獲獎的原因是:他用強磁場讓一隻青蛙懸浮在半空中。
當時很多人嘲笑他:「這科學家是太閒了嗎?」
但蓋姆一本正經地說:「我只是想看看抗磁性(Diamagnetism)能不能作用在生物體上。而且,看著青蛙飛起來很有趣啊!」
這件事奠定了他的人設:一個拒絕無聊的科學家。
2. 2004 年:週五晚上的「膠帶遊戲」
蓋姆有一個著名的習慣,叫做 「週五晚實驗(Friday Night Experiments)」。
在這個時間段,他和學生不準做正經的研究,只能做些「瘋狂的、不務正業的嘗試」。
當時,科學界都在尋找「單層石墨(石墨烯)」。理論物理學家已經預言了這種物質的奇妙性質(它是二維的,只有一個原子厚,導電性比銅好,強度比鋼高 200 倍)。
但沒人做得出來。大家都在用極其昂貴的方法(化學氣相沉積、磊晶生長)試圖合成它,但都失敗了。
蓋姆看著實驗室裡的石墨塊,突發奇想:「我們能不能像剝洋蔥一樣,把它剝到只剩一層?」
於是,他和學生康斯坦丁拿來了一捲透明膠帶。
1. 把膠帶黏在石墨上。
2. 撕下來(膠帶上黏了一層薄薄的石墨)。
3. 再拿一條新膠帶,黏在剛才那層石墨上。
4. 再撕下來(石墨變更薄了)。
5. 重複這個動作 20-30 次。
最後,他們把膠帶貼在顯微鏡的載玻片上,溶解掉膠帶。
奇蹟發生了。在顯微鏡下,他們看到了一些只有一個原子厚度的晶格。
那就是傳說中的 石墨烯。
3. 被拒稿的論文
當他們興奮地把這篇論文投給《自然(Nature)》雜誌時,編輯拒絕了。
理由很簡單:「這不可能。根據熱力學定律,二維晶體在室溫下是不穩定的,它應該會捲起來或分解。你們不可能用膠帶就做出來。」
評審認為他們在開玩笑,就像當年的青蛙一樣。
但這一次,蓋姆是認真的。他補充了更多數據,證明了這種材料不僅穩定,而且電子在上面的移動速度快得驚人(是矽的 100 倍)。
最終,《科學(Science)》雜誌在 2004 年發表了這篇論文。僅僅 6 年後(這在諾貝爾獎歷史上是極快的速度),兩人就拿到了 2010 年的諾貝爾物理學獎。
4. 倉鼠也是科學家?
蓋姆的幽默感並沒有因為拿獎而消失。
在他的一篇關於抗磁性懸浮的論文中,作者欄出現了一個名字:H.A.M.S. ter Tisha。
後來大家發現,那根本不是人,而是他的寵物倉鼠 Tisha。
他解釋說:「Tisha 在實驗中貢獻很大(主要是被磁浮),理應掛名。」
5. 給我們的啟發:保持「業餘」的心態
安德烈·蓋姆是所有「嚴肅專業人士」的解藥。
1. 低科技的勝利(Low-tech hacking): 在高科技時代,我們常迷信昂貴的工具。但蓋姆證明,膠帶可以打敗千萬級的設備。重點不是工具,是腦袋。
2. 擁抱「週五晚」思維: Google 有「20% 時間」,蓋姆有「週五晚實驗」。你的人生也需要留出 10% 的時間去做些「看起來沒用、但你覺得好玩」的事。那就是創新的溫床。
3. 不要被「不可能」嚇倒: 熱力學說二維晶體不存在,編輯說膠帶做不出來。專家總是對的嗎?蓋姆用一張膠帶封住了他們的嘴。
6. 結語:科學就是一場遊戲
蓋姆在諾貝爾演講中說:
「科研應該是一場探險,而不是一份朝九晚五的工作。如果你的實驗結果總是在預料之中,那說明你還不夠瘋狂。」
下次當你覺得工作無聊時,看看桌上的透明膠帶。說不定,下一個諾貝爾獎就藏在那裡。
相關文獻與連結
• 那篇膠帶論文 (2004):
Novoselov, K. S., Geim, A. K., et al. (2004). Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films. Science.
這篇論文是材料科學的聖經,開啟了二維材料的新時代。
• 搞笑諾貝爾獎官網 (The Frog):
你可以看到當年那隻漂浮青蛙的影片。