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在荷兰的拉德堡德大学,海姆第一次担任了教授的职位,他在学校的高磁场磁铁实验室工作。这些磁铁运转起来极为耗电,所以海姆只在晚上成本较低时才会使用实验室。海姆对磁力很好奇,但他没有资源继续过去的实验。他觉得,如果“磁性水”真的存在,那么,用这个装置证明其存在的可能性是最大的。

一个星期五的晚上,海姆把水直接倒进了这台昂贵的正在产生巨大磁场的仪器。他现在根本不记得当时自己为什么会“表现得那么‘不专业’”,但他看到了下降的水是如何“卡在”磁铁中心垂直的孔里的,然后,水珠开始漂浮、腾空。他发现,“水微弱的磁性反应”似乎可以对抗重力。

海姆向这台仪器扔了各种各样的含水分的东西,比如草莓、西红柿或者其他任何合适的东西。实验室的同事,包括他的妻子兼磁场涡旋物理学家伊琳娜·格里戈里耶娃(Irina  Grigorieva),建议他让两栖动物悬浮起来,因为只有这样才能证明任何物体都有真正的反磁性。他们考虑过蜥蜴、蜘蛛甚至是仓鼠(体型太大),而与这些动物比起来,青蛙是一个不错的选择。

或许,这只悬浮的青蛙太吸引人了,以至于这一发现被编进了许多科学教科书,有些人甚至是因为这只飞行的青蛙才知道海姆的。这张广受欢迎的照片也引发了一些奇奇怪怪的好奇心。例如,一个自称是英格兰西南部一座教堂的牧师的人写信给海姆,问了一些“很奇怪的问题”,比如怎样才能得到他用的悬浮仪器,怎样才能不破坏仪器的元件就能将它藏在地板下。

海姆的同事曾提醒过他,搞笑诺贝尔奖是公开性质的,接受这个奖可能会损害他的声誉——这就是为什么获奖者往往要花几个星期的时间来考虑要不要接受搞笑诺贝尔奖。搞笑诺贝尔奖喧闹的颁奖典礼在一个可容纳1000人的礼堂举行,期间还有滑稽的短剧和烤肉派对。海姆请同事迈克尔·贝里(Michael  Berry)和他一起去领了这次的搞笑诺贝尔奖。

10多年后,海姆又想起了这件事,他坐在椅子上,身子向前倾着,说:“贝里常常抱怨我把他当遮羞布用……”他笑了起来,忽然又停下,仿佛想起了什么,脸也微微红了起来。事实上,接受搞笑诺贝尔奖并不是对他偏离前往诺贝尔奖的道路的嘲讽,而是他和诺沃肖洛夫为了分离石墨烯而采取的计划的一部分。





放手去做不可能的疯狂之事


通过海姆所说的“周五夜实验”(FNEs),他与诺沃肖洛夫这两位备受赞誉的物理学家具备了非专业人士的优势,并且他们致力于去做那些“可能根本不会成功的疯狂之事”。诺沃肖洛夫告诉我,“如果他们真的成功了,那将会令所有人大吃一惊”,并且一定会是一项重大的突破。从得到这份工作开始,海姆就把实验室10%的时间投入到了这类研究中。也正是这种独特的方法吸引了诺沃肖洛夫,让他去了海姆在荷兰的实验室。那时,他还只是一名博士生。2010年,两人获得诺贝尔物理学奖时,诺沃肖洛夫只有36岁,是20世纪80年代以来获得诺贝尔物理学奖的物理学家中最年轻的一位。就在获奖之前,诺沃肖洛夫完成了自己的研究,但还没有提交正式的学位申请文件。

FNEs是海姆和诺沃肖洛夫实验室的避风港,研究的内容往往很古怪。不过有几个月,为了不影响实验室的博士后研究员、研究生和本科生的研究进度,他们不得不限制了研究人员在实验室工作的时间。

海姆的观点是,只要你想,就一定要直截了当地去做。“犯错总比无所事事好”,所以,他让那些在FNEs做研究的工作人员有足够的自由去冒险和失败。但这就意味着,FNEs很可能会遇到研究资金短缺的问题。不过,性格使然,他们依然如故。“坦率地说,很多时候我们是进入了别人的研究领域,质疑那些在这个领域工作的人从来都懒得过问的事。”

FNEs的物理学家因实验中不可能取得的突破而为人所知。在20多次FNEs中,他们有许多次都接近成功了,比如试图找到酵母细胞的“心跳”。在酵母细胞中,他们没有发现脉冲或电信号,但注意到了在受到威胁时,酵母细胞会释放出物理学家戏称的“活细胞的最后一个屁”。也就是说,细胞经过酒精处理后,传感器记录下了一个巨大的电压峰值,就好像它释放出了“最后一口气”。有三次FNEs成功了,总成功率是12.5%,而这三次分别是:

飞行的青蛙和反磁性的例证。

壁虎胶带的发明,这是一种模仿壁虎毛茸茸的足部的附着能力而发明的同名胶黏剂。

获得了诺贝尔物理学奖的石墨烯分离。





作为业余爱好者的智慧


FNEs是利用业余爱好者的智慧的一种方式。海姆认为,“人最大的冒险就是进入一个自己不擅长的领域”。他说:“有时候我会开玩笑说,我对‘重新研究’(re-search)不感兴趣,只对‘发现’(search)感兴趣。”他谈到了自己与诺沃肖洛夫都曾用过的职业哲学,即“浅尝辄止”:在一个领域待上5年,做出点成绩,然后脱离。创造性和纯粹的乐趣性使人看起来好像不是“在做别人眼中的科学”。撇开经验不谈,保持新的开放的可能性,会让专家看起来像一名新手。然而,在前往卓越的道路上,这种姿态所赋予的礼物是无可替代的。

海姆和诺沃肖洛夫从一支普通的铅笔中发现了石墨烯,然后用一种更简单的工具将其分离了出来——透明胶带。但实际上,因为他们之前从未研究过碳,所以团队花了很长时间来熟悉与这相关的文献。不过,海姆觉得,在开始实验之前进行过多的阅读和研究才是“真正有害的”。因此,他们从不过多地阅读文献,而是从自己的想法中解读自身。所谓的新的想法从来都不是“新的”。概念是杂乱无章的,是随着时间的推移而产生的想法的集合。如果在一个项目或实验开始前吸收了太多别人的想法,那你可能就会觉得一切都已经完成了,自己没有什么能做的了。

有关石墨烯的实验,是在海姆要求一名叫江达(Da  Jiang)的来自中国的博士生用专门的仪器对一小块石墨进行实验时开始的。由于语言障碍,再加上海姆给了他一块坚硬的石墨,因而江达把石墨打磨成了小颗粒,但这并不是海姆想要的最薄的东西。

所幸,这个团队还是扭转了当时的失败。他们用扫描隧道显微镜(STM)进行实验,用胶粘裂片制备石墨,使其表面干净、无污染。诺沃肖洛夫告诉我:“我非常了解这个过程,它已经有几十年的历史了。”后来,实验室有了一台低温扫描隧道显微镜,于是诺沃肖洛夫近距离观察了研究人员在清洗样品后丢掉的透明胶带。

诺沃肖洛夫说:“我们把它从垃圾桶里拿出来直接用了。”3胶带上的石墨片比江达用仪器打磨得那些更薄。它并不是一层那么厚,而是用透明胶带一次又一次地粘过后才得到的,比任何有记录的实验结果都更接近成功。

能用石墨在纸上写字说明它是由碳组成的,而且很容易被剥落。用铅笔写字意味着,只要是在石墨顶端施加足够的压力,石墨就会被剥落在纸上,留下一串灰色的痕迹,也就是一小层碳。把石墨粘在胶带上,它就会裂开。随着时间的推移,诺沃肖洛夫找到了一种利用胶带把石墨压到一微米厚的方法,也就是不断把胶带贴到石墨上,然后撕开。他们的研究团队有时是5个人,有时是6个人,在每天14个小时的工作时间里,他们进行了一年的密集实验来测量单层碳。在这期间,他们还把胶带换成了日本的Nitto胶带,“可能是因为整个过程简单又便宜,而我们想把它做得更漂亮一点,所以就使用了这种蓝色的胶带”。海姆说:“他们称这种方法为‘透明胶带技术’,我反对叫这个名字,但我的反对无效。”

在此之前,已知的所有原子中的电荷载流子都是通过类似于台球运动的相互碰撞产生的。然而,在石墨烯原子中,电荷载流子模拟的是无质量的光子,以恒定的速度运动,且运动速度接近光速的1/300。用透明胶带反复撕扯,能把单层碳从石墨的三维空间中提取出来,单层碳就会呈现出一些令人难以置信的特性。海姆和诺沃肖洛夫并不会像其他非专业人士那样称这种技术为“发现”,因为它一直都是存在的。