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诺贝尔奖得主Geim先生感人至深的获奖演讲词

时间:2013-08-22 12:51:42  来源:  作者:

星期五晚的实验

磁悬浮的实验是如此的有趣,甚至让人上了瘾。它给我上了重要的一课,那就是尝试那些和我的专业领域八竿子打不着的研究方向有可能会产生非常有趣的结果,即使最初的想法可能是极其简单的。这段经历影响了我的研究风格。从那以后,我开始做一些不合常规的实验尝试,并且无端地称它们为“星期五晚的实验”。当然这个名字并不准确,因为没有什么深入的研究工作可以在一个晚上完成。实际上,它需要好几个月的横向思考,毫无明确目的地查阅不相关的文献。最终,你会找到一种感觉——注意是感觉而不是想法——你会感觉到什么问题研究一下可能会很有趣。接着,你开始尝试实验。通常的结果是失败。然后你有可能继续试一试或者放弃。不管怎样,在某个时刻你都必须做出一个艰难的决定,究竟是继续投入精力,还是放弃尝试,开始研究别的问题。所有的这些都是在你的主要研究活动之余进行的,它们只需要占用你的一点点时间和一点点思考。

从我在Nijmegen工作的时候开始,我就用这种横向思考来设计本科生和研究生的课题了。学生们对于这种研究方式总是感到很兴奋。1999年到Nijmegen来读博士学位的Kostya Novoselov(译者注:Novoselov与Geim分享了2010年诺贝尔奖)参与了很多这样的实验。为了不影响学生们的正常学习和毕业,这些研究通常耗时不会超过几个月。虽然随着每一次的失败渐成事实,起初的热情都会慢慢消退,但是有一些学生后来告诉我说这些广泛探索的研究经历是他们人生中的无价之宝。

最令人惊奇的是,有的时候失败并未如期而至。壁虎胶带(Gecko tape)就是这样的一个例子。一个偶然的机会,我读到一篇文章描述了壁虎超强的攀爬能力背后的原理[12]。其中的物理是很简单的。壁虎的脚趾上覆盖着许多微细的绒毛,每一根绒毛能够和它要攀爬的表面产生微弱的范德瓦尔斯力(10的负九次方牛顿量级),但是亿万根这样的绒毛就足以产生巨大的吸引力,从而可以使得壁虎爬上任何物体表面,甚至玻璃的天花板。尤其引起我注意的是这种绒毛的尺寸,它们在微米量级,这正是我所研究的介观物理所在的尺度范围。当这个现象在我的脑海里时隐时现了一年多之后,Segey Dubonos和我设计出了一种能够模拟壁虎脚趾上绒毛的材料。Segey加工出了大概一平方厘米大小的这种材料,它表现出了比较明显的黏附力[13]。不幸的是,这种人造的材料比不上壁虎的脚趾,经过几次粘贴和分离之后,它的黏附力就完全消失了。但是,这仍不失为一个重要的验证性实验,它启发了其他人在这个领域中的深入研究。我们希望某一天人们能够复制出像壁虎脚趾那样的结构和具有自我清洁功能的胶带。这样这项研究就可以转化成产品了。

Better to be wrong than boring

在我准备这个演讲的时候,我总结了一个我们曾经尝试过的“星期五晚实验”的列表。直到那个时候我才意识到一个令人惊讶的事实。在大约15年的时间里我们一共做了2,30个这样的实验,可以想见,大部分的都彻底失败了。但是有三个成功者:磁悬浮,壁虎胶带以及石墨烯。这意味着一个极高的成功率:超过了10%!除此之外,还有几次与成功擦肩而过。比如,我曾读到一篇文章[14]关于FeGeSeAs合金中的巨逆磁效应,这意味着这种材料可能会出现高温超导状态。我找同事Lamarches要了这种样品,Kostya Novesolov 和我用弹道输运霍尔磁测量技术来检验这种巨逆磁效应,但是失败了。即使冷却到1K也没有发现这种巨逆磁效应。这次尝试发生在2003年,远早于后来引发巨大关注的铁基超导体的发现。至今我还在寻思当时我们的样品中是否有很小的一部分转变成了超导体,只不过被我们忽略了。另外一次这样的错失良机是我们试图测量单个活体细胞的“心跳”。实验的想法是用二维电子气体的霍尔器件来作为高精度的电压计,用以测量活体细胞中的生物电信号。我们实验的结果是,当细胞活着的时候我们的装置测量不到任何“心跳”,但是当我们用大量酒精导致细胞凋亡的时候,我们可以观察到巨大的电压脉冲[15]。现在我明白了当时之所以探测不到活体细胞的心跳是因为我们选错了细胞。我们选的是酵母菌,这是一种比较木纳的细胞。在我们的实验之后过了四年,其他的研究组选用胚胎心脏细胞在石墨烯上取得了成功[16]。

老实说,我并不认为如此高的成功率是因为我特别擅长于的横向思考。更确切地说是,它告诉我们,试探(有的时候甚至是漫无目标的试探)新的研究方向比一般人预期的回报率要高。我们很有可能在某一个已有的矿藏里挖掘得太深了,留下了大量未被探寻过的宝藏就埋藏在浅浅的地表下,只要稍微往旁边一试探我们就会发现它。当一个人有尝试的勇气时,虽然并不是一定总是有所回报,但是至少这是一次探险的经历。

曼彻斯特的生活

到2000年,我的名下有了介观超导和磁悬浮的研究工作以及四篇发表在Nature上的论文,申请正教授的条件成熟了。当我的同事们得知我最终选择了曼彻斯特大学而拒绝了其他一些看起来更加著名的大学时都感到非常惊讶。其实其中的原因很简单。曼彻斯特大学教授招聘委员会的主任Mike Moore知道我的妻子Irina并不仅仅是我的实验助手和Nijmegen的兼职物理教员,他还知道她曾经在Bristol大学的博士后期间做得非常成功。所以他建议Irina申请曼彻斯特大学的一个教职。在荷兰的六年里,我从没有奢望过我们夫妻可以在同一个学校都有正式的职位。这就是让我们决定去曼彻斯特大学的原因。我们不仅感激这个可以同时解决我们两人工作问题的机会,而且也为未来的同事对我们的关心而感动。我们从来没有后悔过做出这个决定。

于是,2001年初,在曼彻斯特大学我分到了几间年久失修,装满老仪器的房子,还有10万英镑的启动经费。大学里没有共享的大型实验平台,除了一台氦气液化机。这对我来说不成问题。我继续了在Nijmegen时的工作模式,借助别的合作者,尤其是Seregey Dubonos,的帮助来开展工作。实验室以令人惊讶的速度成形了。半年之内,我拿到了我的第一笔50万英镑的研究经费。我用它买了一些必须的设备。虽然我们一岁的女儿占据了妻子很多时间和精力,她也在几个月后申请到了她的启动经费。我们邀请Kostya Novesolov以Research Fellow的身份加入我们的实验室(同时他还是作为研究生挂靠在Nijmegen,在2004年他从Nijmegen获得博士学位)。我们实验室的研究开始产生成果,这为我们赢得更多的资助,从而导致更多的成果。

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