科学是从零到一百的探索

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  什么是纳米?纳米只是一个尺度,肉眼是看不到的,我们通常要用电子显微镜来观察这个长度。现在,我们看几张图,图中是一个厘米级跟毫米级的东西。这些蚂蚁,人的肉眼是可以看到的,毫米到微米差了三个数量级,大家的头发大概是几十个微米左右,微米级的结构是肉眼看不到的,微米下面再小三个数量级就到了纳米。一根纳米导线放大几十万、几百万倍以后出现的一个白点,那个白点是什么?原子,材料最小的单位,都是由原子构成的。一个原子基本上是零点一个纳米,像这样一根导线的话,是由那么十来个,或者二十个原子排成的一个方阵,从而形成的一个纳米结构。我们所说的纳米科技就是把这些材料合成出来,研究它的这些性质,然后把它应用到各种各样的地方。你可能看不到它们,但是它真真切切是在被使用。
  通常有人会问我:“为什么要做纳米技术?”在这点上,我想大家都知道爱迪生,他说我首先去发现这个世界需要什么,然后我就去发明它。事实上告诉我们什么呢?告诉我们科技首先要服务于社会。
  2011年,我带女儿去欧洲讲学,在飞机上我跟她讲人工光合作用,我跟她讲这是我做的科研。当然那时候,我们还没有做出来现在的纳米导线跟细菌的一个复合体。所以,她当时听了以后,就有一个对将来的愿景:有一种方法能够把大气中的二氧化碳采集下来,进行光合作用,比如在将来的加油站,人们可以在现场合成汽油和天然气。
  那么,什么是人工光合作用呢?这跟纳米科技有什么关系呢?我们来看一个公式:二氧化碳加上水,再加上太阳光,一部分把它变成氧气,另一部分有可能把二氧化碳里的碳变成了燃料、汽油、天然气。我们可以把它变成各种各样的化学品,这是我们想要做的事情。这里有一个关键的东西,就是催化剂。我知道,大自然中有很多细菌,这些细菌能够起到非常好的催化作用,能够把二氧化碳转化成各种各样的化学品。我就想,为什么不能把半导体的纳米导线跟细菌结合起来?现在回想起来,应该是七八年前的事情,我跟其他人讨论的时候,他们都说我是异想天开。但是我坚持,觉得至少要去试一下。经过大概六七年,我第一次真正地把纳米导线跟细菌复合体做出来了,而且第一次真正能够做到从二氧化碳、水、氧气中生产燃料、天然气,能够生产各种各样的化学品。所以,这在当时的科学界是一个挺大的轰动,人工光合作用真正做起来了。现在大家看到的就是一个从零到一的过程。
  我是去哈佛大学攻读博士学位的,在哈佛大学的那一段时间,也是我真正意义上科研生涯的一个开端。第一年,我的科研项目不太顺利,作为出国留学的留学生来说,我就需要担心接下来做什么来完成博士学位。当时,摆在我跟导师面前只有两个选择:一个是你可以随大流,第二个是要冒险了。
  1994年,大部分人都在做一种材料叫碳纳米管,非常热门,我们决定不做这个东西,而是第一次引进了半导体纳米导线这个概念,发扬一下革命的冒险精神。现在,全世界大概有几百个研究组都在做有关这一块的科研。思想家爱默生说过这么一句话:“不要走别人走过的老路,要在还没有路的地方给别人趟出一条道来。”当时我们做的这件事情,就是给别人趟出了一条道。如果我们把整个科研过程看成是零到一百的过程,那么这个从无到有,从零到一的过程是非常重要的。从零到一,是一个产生新知识的过程,也就是说,这个过程很多东西是要进课本的。接下来就是从一到九十九的过程,这是一个不断优化的过程。而九十九到一百,是一个非常关鍵的过程,这个阶段是你真正有了看得见、摸得着的产品,且产业化了,能够应用到各种各样的地方,这就转化成生产力了。
  我有一个朋友,做音乐的,在最近一年,我们在做一个事情,把整个人工光合作用的过程编成一个音乐剧。很少有人把一个科研题材转化成一个音乐剧,接下来我想跟大家一块儿听听其中的一段。
  好的,我今天就讲到这儿,谢谢大家。
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