羅會仟：在閱讀中走向“十萬個為什么”

6月17日、18日，由南方周末主辦，南方報業傳媒集團全程支持，新東方公益戰略支持、中國郵政特別支持的“閱讀新火種”校園公益講座先后走進成都市石室天府中學高中部、初中部。其間，中國科學院物理研究所副研究員、博士生導師、科普作家羅會仟進行了精彩分享，以下為演講精彩摘錄：

首先介紹一下我來自哪里，可能各位同學還不太了解中國科學院是個什么樣的單位。中國科學院代表著中國自然科學最高的學術研究機構，同時也是科學技術的最高咨詢機構，在全國各地有一百多家科研院所，而且中科院的觀測臺站遍布全國乃至全世界各地。從南極的科考站，到月球上的“玉兔號”，再到火星上的“祝融號”，以及昨天（注：6月16日）航天員剛剛進駐的天和空間站核心艙等等，都有中科院尤其是青年科學家的很多貢獻。

我來自中科院的物理研究所，這個研究所在中科院來說并不算大，但其實也有一千人左右的規模，我們主要從事基礎物理的前沿科學研究。所以各位同學，如果將來你們學物理了，并且對物理感興趣，歡迎來到中科院，來到物理研究所。

《十萬個為什么》與我的科學道路

我自己出生在江西贛南的一個小村莊，小時候確實比較窮，靠自己讀書讀出來了。我大學在北京師范大學就讀的物理系，在北師大完成四年學業之后，到了中科院物理所就讀碩博連讀研究生。我們的物理研究所在的地方叫做中關村保福寺。中關村最早叫做“中官村”，大家知道怎么來的嗎？“中官”就是太監，“中官村”是太監退休養老等死的地方，我們是在如此“陰森恐怖”的地方做科研，很有意思，可以讓你更加沉下心來。畢業之后我就留在“中關村”繼續做“小農民”，作為一個“科研小民工”，但我也有幸可與許多國際一流的科研機構、一流科學家進行科研交流。

我覺得能夠讓我走到今天的科學道路，跟一件事情特別有關。我小時候很少能夠接觸科學類的東西，比如小學有自然課，但我們從來沒有上過這門課，只發了書。在我高中的時候，總共有九門主科，每次期中、期末考試都得考九門課，導致我們即使是理科生，也還要學政治、歷史、地理，還要學習物理、化學、生物等等，但有個好處是，各個學科知識都有所了解，從此之后就可以培養自己廣泛的興趣。

我跟閱讀的關系算是從小時候開始，那時不像各位同學現在有那么方便的手機，我們當時幾乎看不到任何與科學相關的東西。但幸運的是我爸是個小學老師，他知道訂閱一些當年的科普雜志，例如《知識窗》，這是江西省內非常小眾的科普雜志，翻來翻去可以從“小豆腐塊”里面了解一點點科學知識。

當然受影響最大的就是《十萬個為什么》，這套書是來自我自己親堂兄，他是個畫家，也是我們村第一個大學生，他在樓上藏了這套書。后來我偷偷發現以后，我就把這本書從小讀到大，讀了十幾遍，從小學就開始讀，到高中、到大學都還在讀。讀了那么多遍之后，自然就會對科學產生好奇、產生向往，最終引領我自己走向了科學的道路。

后來我進入了縣城的高中，第一天就被同學拉到縣城的圖書館，一間非常破敗的小土房，里面燈光非?；璋?。但你只需要花幾塊錢就可以辦一個圖書證，這里面的書可以隨便的借，所以高中的時候我讀了很多小說。后來上了大學，我又開始讀科普類的書，像《神奇的超導體》等一系列的書，確實吸引了我對科學的一些興趣，也義無反顧走上了科學研究的道路，尤其還讀了很多科學家的傳記，當你了解了科學家之后，你會發現原來科學家也是普通人。

我曾經還是個偽文青，雖然如今的我可以號稱自己是一個科學家。我主要是從事固體材料的中子散射研究，這個研究有點特別，要到面向全世界開放的國家實驗室里面去做中子實驗，比如英國盧瑟福-阿普爾頓國家實驗室、法國的勞厄-朗之萬研究所、澳大利亞的布拉格研究所等，都是世界著名科研機構。正是小時候的“種子”讓我走上了科學的道路，現在我才能從事非常前沿的科學研究。

當然我不僅從事科研，我還把自己從事基礎研究的知識、體會寫成了科普書，后來我親身參與了《十萬個為什么》的編寫，也參與我們中學生、小學生的科學素養讀本。我們物理所在抖音、B站都有很多科普的號，歡迎各位同學們去關注?？茖W家也可以做科普、寫作，在科學里面學到的知識可以通過文字表達出來，讓同學們通過這些文字去喜歡科學。

物理學家和他們的書

其實物理是非常廣闊的概念，用物理的眼光來看待這個世界，你會發現這個世界會很不一樣，整個世界不同的尺度，最大的尺度到我們整個宇宙，最小的尺度到最微觀粒子，這些都是我們物理學研究的對象，所以物理學又叫做“萬物之理”，“學物理，如霧里，霧里看物理，勿理物理”，相信大家都能聽懂我在說什么。

那我們怎么去理解這個世界？物理學家也有這么一句話：“這個世界最不可理解的地方是它竟然可以理解?！奔词澜缈雌饋砗芷婷?，但你一定要知道它是可以理解的，所以我們要去理解它，這就是物理。

最早關于物理的書，傳說中在公元前950年中國就有一本“上古奇書”《竹書紀年》，以竹簡形式記載了最簡單的物理現象，例如極光。西方早期記錄物理現象的人是泰勒斯，約在公元前600年就記載了摩擦起電和磁石吸鐵現象。

“物理學”這個名字到底從哪里來？來自亞里士多德，他寫了一本書名字就叫做《物理學》，當時用拉丁文叫做physicas。不過也許是希臘語φυσικ更準確，“物理學”本意是自然界，就是人類對自然的好奇，想去理解自然。

伽利略對物理學的貢獻非常重要，他有兩本書：《關于兩門新科學的對談》《關于托勒密和哥白尼兩大世界體系的對話 》），基本上奠定了整個物理學的基本概念。這兩本“對話”告訴我們，我們作為人去觀察這個世界，你看到的世界和我看到的世界是一樣的，至少從形式上來看是一樣的。這是非常重要的物理學原則，如果我們觀察到的世界不一樣，我們理解的世界就是不一樣的，那就沒法建立具有共識的物理學。

牛頓就不用說了，大家可能都聽說過很多，他的代表作叫做《自然哲學的數學原理》。其實跟牛頓同時代的還有很多偉大的科學家，比如說惠更斯?；莞寡芯苛斯獾谋举|，他主導的波動學與牛頓的理論是對立的。他還寫了《被發現的天上的世界》，是第一個發現土星環的人。牛頓后來則發現原來光是有七種顏色，《光學》這本書也是非常經典的著作。

跟牛頓同時代的有一個人叫哈雷?？赡艽蠹叶悸犝f過哈雷彗星，但同學們知道最早發現哈雷彗星的人是誰嗎？是中國人?！痘茨献印酚涊d：“武王伐紂，東面而迎歲，至汜而水，至共頭而墜，彗星出，而授殷人其柄?！痹诠耙磺Ф嗄?，我們就開始有最早的天文記錄，而且關于哈雷彗星，中國古代史上記錄是最完整的，從秦始皇七年（注：公元前240年）開始，每一次回歸都有記載。

其實哈雷還有一個很重要的事情，他是真正推動牛頓力學的人，即牛頓是做了很多研究，但每次做完就把那個草稿紙一扔，也就不管了。但哈雷有一天去拜訪他，就從他的廢紙簍里面抓出來一個東西看：你竟然算出來了行星是橢圓軌道？他說：“你趕緊去發表吧?！迸ｎD一開始還不太情愿，后來在哈雷不斷的鼓動下，才有了《自然哲學的數學原理》出版，因此沒有哈雷是沒有“牛頓力學”的。

哈雷之后真正的物理學家代表是歐拉、哈密頓和拉格朗日，他們建立了經典力學體系。后來到了電學的研究，就有了莫森布魯克，他發明了萊頓瓶，不知道同學們是否有做過這個實驗，有一個起電機，大家牽著手，一瞬間通上電的時候，所有人都會麻一下，都會跳起來，這個感覺非常的酸爽，如果同學們有興趣可以一起來參與。

提到法拉第，他是我們實驗物理學家最崇拜的科學家，因為他是一個自學成才的科學家，他從小學二年級就輟學了，因為家里面太窮了。后來就在倫敦打工，各種零工都干過，但是在打工的間隙，他喜歡去聽科學家做講座。有個著名的科學家叫做戴維，他每次都去聽戴維的講座，就好像各位同學一樣拿個小本，記得特別認真，他就把自己做的小本裝訂成冊，在圣誕節的時候遞給了戴維，戴維特別感動，然后說好吧，你過來當我的實驗助手吧。最早的時候歐洲的科學家是沒法直接收助手的，其實這個法拉第是以仆人的身份跟科學家去訪問其他地方，后來他跟著戴維學了一些方法技術，開始自己做物理實驗，發現了電磁感應的現象。法拉第有一本非常好的書叫做《蠟燭的化學史》，這是第一本系統的科普讀物，真正的科普書從這里開始的。

倫琴因為發現了X射線，成為世界上第一個獲得諾貝爾物理學獎的人。自從發明X線之后，很流行用X線拍各種照片，這是用X線拍的婚紗照，同學們將來可以考慮一下。還有普朗克，他是量子力學的創始人，我希望同學們可以記住這張照片，這張照片是什么呢？是普朗克的家里面，一個物理學家的書房，要用樓梯才能爬上去取書，所以物理學家是很喜歡讀書的人。

我是讀著楊振寧還有李政道的傳記長大的，有一本是我自己朋友寫的楊振寧傳記。還有我們熟悉的吳健雄，這些都是中國的科學家。所以各位了解世界科學家的同時，也希望大家有機會多多了解我們中國科學家，多讀他們的傳記。

超導研究的人與事

今天要跟大家分享的是關于超導研究一些有意思的人與故事。

關于超導可能同學不太熟悉，但大家看過電影《阿凡達》應該都有印象，這部電影里星球上的山是懸浮在天上的，因為山上有一種神奇的礦石，是一種超導體。但是我們做的研究并不是那么科幻，而是在現實生活存在的。如果大家去網上搜索，就可以搜索到很多超導磁懸浮的實驗，這就是真實存在的材料，是可以實現特別科幻的懸浮狀態。

從事這種研究很有意思，這種材料有兩個性質，一是它的電阻在低溫下會變成零、絕對的零；另外它是具有完全抗磁性，即它會把磁場全部排出去。在我們生活里面，它也有很多重要的作用，凡是能用到電和磁的地方都能夠用到超導材料。各位同學去醫院做核磁共振，你們就要塞到那個大圓圈里面去，那個大圓圈就是一個超導磁體。

超導研究的很多重要應用，在未來可能會徹底改變我們的世界，超導研究有一百多年的歷史，有很多科學家都獻身在這方面，包括我們很熟悉的愛因斯坦、波爾等等，當然這些人都是很失敗的，沒有做成功。我從事的超導領域是個物理學里非常小的方向，但是它總共有十位科學家獲得了諾貝爾物理學獎，我就跟同學們分享一下他們的故事。

各位同學有沒有學到理想氣體狀態方程？范德瓦爾斯把理想氣態方程大概加一項減一項，就寫出了以他名字命名的方程，這就是諾獎級的工作。他因為這個獲得諾貝爾獎，這個方程對今天的物理學很重要，而且有了這個以后就可以指導氫氣和氦氣的液化。

第一個真正因為超導獲諾獎的人，是來自荷蘭萊頓大學的Heike Kamerlingh Onnes，他在1911年的時候發現了第一個超導體，實現了氦氣的液化，因此就獲得了1913年的諾貝爾物理學獎。他發現的第一個超導體是大家非常熟悉的金屬汞，汞這個材料在常溫下是液態，當降到很低的溫度，達到4.2K即零下大概269度左右，汞的電阻就趨近于0。第一個超導諾獎的故事是比較枯燥的，因為他是一位很正統的物理學家，有自己很大的團隊，做了很多的低溫實驗研究。我想跟大家分享一點是，這位老兄做記錄的能力比較差，那么偉大的超導發現，但在他的實驗記錄本上只有小紅框的一個單詞。所以我希望將來同學們讀書的時候，要多記一點，要不然你就會錯過一個偉大的發現。

還有一個叫朗道的天才物理學家，他善于從一個現象直接把握住本質，不追求這個事情具體是怎么發生，但他會從這個現象的表面情況來構造自己的理論，然后就可以解釋這個基本的現象，他在1962年獲得諾貝爾獎。后來跟他一起做工作的這個人叫金茲堡，和阿布里科索夫、萊格特，各自在87歲、75歲、65歲的時候，在2003年終于才獲得了諾貝爾獎。

真正理解超導現象是這三位，分別叫做巴丁、庫珀和施里弗，這個理論也用他們的名字命名，叫“BCS理論”。關于他們獲諾獎的故事很有意思，因為這里面有一個特別厲害的人，就是巴丁。在1957年的時候，他已經功成名就了，他要去解決超導物理的問題，就組建了一個團隊，找到一個博士后，干活比較賣力的人，然后找了一個研究生叫施里弗，他當時去找這個施里弗，他問：“你愿意不愿意跟我做一個比較難的研究？”施里弗其實很猶豫，因為導師問這個問題，他也不敢亂回答。巴丁就問他第二個問題，你現在研究生幾年級？施里弗說：“研究生一年級”，所以巴丁說：“行，耽誤你幾年沒有關系?！彼愿魑怀媚贻p，一定要去挑戰比較難的問題，最終他們成功了。

巴丁這個人獲得兩次物理諾獎，第一個諾獎是因為發明半導體晶體管，即我們今天用的手機電腦里面最基本的邏輯單元，晶體管原型就是這個東西，看起來很丑但獲得了諾獎，而且改變了人類世界。他來過兩次中國，當時在中科院物理所他也做了個報告，我們下面的同學鼓起勇氣問了他一個問題：你為什么這么牛，憑什么得兩次諾獎？他就回答了三點：一是努力，三是機遇，三是合作，這個非常重要。

我再講另外三個人，約瑟夫森、賈埃弗和江崎。他們是1973年因為超導的“隧道效應”獲得的諾獎，其中有一位是叫約瑟夫森，他獲獎時是33歲，他做出諾獎工作的時候是22歲。各位同學可以算一算，你距離22歲還有多遠，即你距離諾獎工作還有多遠。

賈埃弗則從小是一個差生，從小數學、物理不及格。所以各位同學，不用擔心你現在的成績。他寫了一本非常有名的書，建議同學們有空可以去讀一讀，這本書的名字叫做《我是我認識的最聰明的人》。所以各位同學一定要有自信，“我是我認識的最聰明的人”，我就有這個自信，我就能拿諾獎，怎么滴？

1986年12月，來自瑞士IBM公司的兩個工程師——貝德諾茨和米勒，發現了高溫超導銅氧化物，這解決了很多年來的困惑，很快，10個月后就獲得了1987年的諾獎。

這十位科學家的諾獎的故事就講完了，但是超導有沒有可能持續地獲得下一個諾獎？是極有可能的。全世界的科學家都在努力，各位同學你們如果能夠從事基礎的科研研究，也有可能得諾獎的會是你。

比如說在2008年發現了新一類的高溫超導體，叫做鐵基高溫超導體，是由日本人細野秀雄發現的。但實際上在之后，中國人也作出了非常重要的貢獻，我們發現了一大堆新的超導材料，這有可能幫助別人獲得諾獎。中國在鐵基超導方面做得非常好。一直到今天，我們在基礎科研領域甚至在應用科研領域都一直保持第一。

將來的機會還有很多，比如說如果我們真正把超導材料給廣泛應用起來；你可以發現一種神奇的粒子，利用這種奇怪的粒子狀態，我們就可以實現在室溫下比較穩定的拓撲量子計算。目前我們的量子計算機都是需要低溫，低溫就意味著很貴，現在量子計算機一臺大概是好幾千萬，但如果這個實現了，到時候我們的量子手機是有可能的。

總之，如果各位同學有機會能夠從事這些基礎科研的研究，我們就有機會去探索未知。有一部科幻電影，講述太空飛船要飛一百年到另外的星球，里面一個核心發動機就是用超導基理的材料做成的，所以同學們，其實前沿的科學離我們不遠，只要你們多讀書、多了解前沿科研，就有機會探索未知，探索我們的宇宙，這是永無止境的。

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