開講啦楊培東演講稿：科學是從零到一百的探索（194期）

科學是從零到一百的探索

演講時間：2016年9月24日

——納米材料學家楊培東在《開講啦》第194期的勵志演講稿

今天我想要講的是比較高大上一點的，我想講的就是納米科技是怎樣在改變着我們現在和將來的世界。回過頭來先做一些簡單的科普，什麼是納米？剛纔我們也提到了，納米這個東西只是一個尺度，肉眼是看不到的，我們通常是要用電子顯微鏡來做這個東西。我們現在看一下幾張圖，像這樣，大家看到的是一個釐米級跟毫米級的東西。這些螞蟻，肉眼還是可以看得到的，毫米到微米差了三個數量級，大家的頭髮大概是幾十個微米左右，微米級的結構肉眼已經看不到了，微米下面再小三個數量級就到了納米級。這樣的一個結構，一根納米導線放大幾十、幾百萬倍以後出現的一個東西，那個白點是什麼？原子，材料到最小的單位，它都是由原子構成的。一個原子基本上是零點一個納米，比納米還要小，像這樣一根導線的話有那麼十來個，或者二十個原子排成一個方陣，就形成了一個納米結構。我們所說的納米科技就是把這些材料合成出來，研究它的這些性質，然後再把它應用到各種各樣的地方。你可能看不到它們，但是真真切切是在被用。

我們做科研通常有人會問：“我們爲什麼要做這個東西？我們爲什麼要做這個納米技術？”在這點上，我想大家都知道愛迪生，他說我首先去發現這個世界需要什麼，然後我就去發明它。事實上告訴我們什麼？告訴我們科技首先是要服務於社會。

接下來我給大家看一張圖，這張圖是我女兒畫的，她六歲的時候畫的。2011年的時候，我帶我女兒去歐洲講學，在飛機上我就跟她講人工光合作用，我跟她講這是我做的科研。當然2011年的時候，我們那時候還沒有做出來現在的納米導線跟細菌的一個複合體。所以她當時聽了以後，就有這麼一個對將來的願景，有一個手段能夠把大氣當中的二氧化碳採集下來，做光合作用。將來的加油站，你就可以在現場合成這些東西了，合成汽油、合成天然氣，應該說人工光合作用在這方面的應用是越來越可能變成現實。所以這是一個很令人欣慰的事情。今天（錄製當天）也正好是我女兒的生日，所以我也在這兒祝她生日快樂。

那麼什麼是人工光合作用？這跟納米科技有什麼關係？我們來看這樣一個公式：二氧化碳加上水，再加上太陽光，一部分我們把它變成氧氣了，另一部分我們把二氧化碳裏的碳，變成了有可能是燃料、汽油、天然氣。我們可以把它變成各種各樣的化學品，這是我們想要做的事情。這裏有一個關鍵的東西，就是我們通常所說的催化劑。這個過程應該說對於我自身來說有一個腦洞大開的時刻，我知道在大自然當中有這樣那樣的細菌，這些細菌能夠做到非常非常好的一個催化作用，能夠把二氧化碳轉化成各種各樣的化學品。那麼我就說，爲什麼我們不能把半導體的納米導線跟這些細菌結合在一塊？現在回想起來應該是七、八年前的事情，跟科學界裏頭的一些人討論的時候，他們都在說你這個是異想天開，這怎麼可能呢？我當時去申請美國的科研基金的時候，他們都說這個是肯定不行的，怎麼會想到這兩個東西結合在一塊來做這個事情。不會給你錢，但是我堅持，我還是想要把這個事情至少要去試一下。經過大概六、七年的時間，第一次真正地把納米導線跟細菌複合體做出來了，而且第一次真正能夠做到從二氧化碳、水、氧氣方面，去生產燃料、天然氣，能夠生產各種各樣的化學品，然後一邊還產生氧氣。所以這在當時的科學界是一個挺大的轟動，人工光合作用真正做起來了。現在大家看到的就是一個從零到一的過程。

我是在1993年從中國科大畢業，去哈佛攻讀博士學位。在哈佛那一段時間也是真正意義上我的科研生涯一個開端了。第一年的時候，我的科研項目應該說不是太順利，作爲出國留學的留學生來說，就需要擔心我接下來做什麼來完成我的博士學位。當時擺在我跟我導師之間就兩個選擇：一個是你可以隨大流，第二個就需要冒險了。1994年的時候，大部分人都在做一種材料叫碳納米管，非常非常熱門，我們決定就是不去做這個東西，發揚一下革命的冒險精神。1994年我們開始做這個東西，第一次引進了半導體納米導線這個概念。在過去二十年當中，這個領域越來越大，現在全世界大概有幾百個研究組都在做這樣那樣的科研。從現在回頭看，這是一個很好的決定。有個思想家叫愛默生，他說了這麼一句話：不要去走別人走過的老路，要在還沒有路的地方給別人趟出一條道來。所以當時我們做的這一件事情，就是給別人趟出了一條道，這裏頭就是一個原創精神。如果我們把整個科研過程看成是零到一百的過程，那麼這個從無到有，從零到一的過程是非常重要的。從零到一，這是個原創過程，也是一個產生新的知識的過程，也就是說這個過程很多東西是要進課本的。然後接下來就是譬如說從一到九十九的過程，是一個不斷優化的過程。九十九到一百，另外一個非常關鍵的過程，這個階段是你真正有了看得見、摸得着的產品，產業化了，能夠應用到各種各樣的地方去了，這就轉化成生產力了。