“我們的世界離得開銅或金嗎？絕不可能。石墨烯亦是如此。”
這是諾獎得主安德烈·海姆（Sir Andre Geim）在英國駐華大使館的咖啡廳接受《科學(xué)新聞》專訪時(shí)的感慨。2010年，他與英國曼徹斯特大學(xué)的同事康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）因“在二維材料石墨烯方面所做的開創(chuàng)性工作”而獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
海姆雖被冠以“石墨烯之父”的美稱，卻在采訪中半開玩笑地表示，已經(jīng)開始有些厭倦了自己的“孩子”：“我在一個(gè)研究項(xiàng)目中從不待超過5年，就會試著轉(zhuǎn)向另一個(gè)研究�，F(xiàn)在我已經(jīng)開始恨石墨烯了，因?yàn)槲乙呀?jīng)和石墨烯打了12年交道。”
但正如每一位“刀子嘴豆腐心”的父母，話還沒說完，他卻又開始惦念起石墨烯的好：“在我的研究中，石墨烯是性能如此出色的一種材料，因此它可以作為一種很好的工具，幫助我尋找新的研究領(lǐng)域。”
目前，海姆正在尋找水作為二維材料在納米尺度下的性能，而這只能依靠石墨烯和其它二維材料才有可能做到。在他心中，石墨烯已經(jīng)成為他實(shí)驗(yàn)室“工具箱”中不可或缺的一部分。
不過，很多人知道海姆并不是因?yàn)樗?ldquo;石墨烯之父”，而是因?yàn)榱硪粋�(gè)令人驚奇和充滿遐思的實(shí)驗(yàn)——懸浮青蛙。2000年，他因?yàn)檫@項(xiàng)奇思妙想而為自己贏得了“搞笑諾貝爾獎”，并走進(jìn)了許多物理教科書。這也讓他成為世界上唯一一個(gè)“雙料”諾獎得主。
走近海姆的世界，或許并不是出于記者的采訪任務(wù)，而是著迷于他有趣而又傳奇的一生。
變廢為寶
幾年前，海姆與一大群英國人到約旦的沙漠徒步旅行。傍晚扎營時(shí)，他們在篝火前玩起了英國流行的“吹牛”游戲。玩游戲的人會講一堆大話，其中只有一句是真的，其他人需要猜出哪句是真。
海姆跟同伴開起了玩笑。游戲到他時(shí)，他說：“我生于地中海氣候”“我在紅軍當(dāng)過副隊(duì)長”“我得過‘搞笑諾貝爾獎’”“我爬過幾座5000多米的高山”“我曾在沒有繩子的情況下掉入100米深的冰縫”“我在32歲第一次被稱作‘俄羅斯人’”“在大學(xué)我學(xué)過洲際彈道導(dǎo)彈”“我在北極圈北部當(dāng)過磚瓦匠”“我本人認(rèn)識戈?duì)柊蛦谭?rdquo;等等。
讓他驚訝的是，除了最后一條，其他都被同伴認(rèn)為是“吹牛”。這讓海姆每局必勝，因?yàn)槌俗詈笠粭l，其他都是海姆的親身經(jīng)歷。海姆第一次開始思考，他的人生可能并不如自己認(rèn)為的那么微不足道。
海姆生于全球著名的黑海海濱度假城市——索契，之后，他以優(yōu)異的成績考上了莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（Phystech）。讀博期間，他的親身經(jīng)歷讓自己意識到，在以后的學(xué)術(shù)生涯中絕不要去做已經(jīng)沒落了的研究方向。
導(dǎo)師Victor Petrashov從固體物理研究所到了新建的微電子學(xué)技術(shù)研究所，這導(dǎo)致海姆的博士生期間一直有些“顛沛流離”。雖然兩個(gè)研究機(jī)構(gòu)之間僅有200米的距離，但是卻極大地?cái)_亂了海姆的研究工作——他丟掉了不少設(shè)備，然后又要重新架設(shè)所有的設(shè)施。最初，他還抱著熱情進(jìn)行金屬物理學(xué)的研究，但隨后，他越來越清醒地意識到除了自己的導(dǎo)師之外，沒有人在乎他的研究。
他用時(shí)5年完成了博士論文，論文的題目冗長而無趣�？茖W(xué)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫（Web of Science）的數(shù)據(jù)殘酷地顯示出，他的論文只有2次引用量，還都是源于共同的作者。
這時(shí)，他才清醒地反思道，這個(gè)研究主題早在他開始讀博的十年前就已經(jīng)沒落了。因此，他告誡自己以后絕不應(yīng)該用這些“僵尸”項(xiàng)目去折磨自己的研究生。
博士畢業(yè)后，海姆開始在微電子學(xué)技術(shù)研究所擔(dān)任科研人員。當(dāng)時(shí)，前蘇聯(lián)的研究體系鼓勵年輕科學(xué)家選擇自己的研究方向。經(jīng)過1年的摸索，他在研究上脫離了與前導(dǎo)師的關(guān)系，開始自己尋找有潛力的新研究方向。雖然當(dāng)時(shí)的研究條件非常艱苦，但他卻在極小不均勻磁場（在亞微米范圍內(nèi)變化）的電子運(yùn)動領(lǐng)域開辟了自己的天地。
這段經(jīng)歷讓海姆意識到：在眾人都在爭搶的領(lǐng)域找到新現(xiàn)象，要比引入一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)體系難得多。在開辟一個(gè)新的領(lǐng)域時(shí)，成功的幾率要大得多。當(dāng)然，可能你對于這個(gè)領(lǐng)域很多美好的期許不會實(shí)現(xiàn)，但是在研究任何一個(gè)新的體系時(shí)，總會出現(xiàn)你意想不到的新發(fā)現(xiàn)。
1990年，在英國諾丁漢大學(xué)短期訪學(xué)期間，由于條件所限，海姆只能利用實(shí)驗(yàn)室里已有的設(shè)備。他在實(shí)驗(yàn)室角落里找到了多年前實(shí)驗(yàn)人員留下的落滿了灰塵的砷化鎵微米線。
在條件非常艱苦的前蘇聯(lián)科學(xué)院的工作經(jīng)歷，讓他得以在相對不利的實(shí)驗(yàn)條件下“變廢為寶”。實(shí)驗(yàn)室人員眼中的廢品成了他的金礦，他開始每周工作100個(gè)小時(shí)進(jìn)行研究，并因此在《物理評論快報(bào)》上發(fā)表了2篇文章。
“我常常用這段經(jīng)歷來調(diào)侃我的年輕同事們。當(dāng)事情并不按預(yù)期發(fā)展，人們開始抱怨時(shí)，我會刺激他們說，‘根本沒有不好的樣品，只有差學(xué)生／博士后’。仔細(xì)探尋，你總會發(fā)現(xiàn)新的東西。”海姆在諾貝爾獎演講中說，“當(dāng)然，最好要避免這樣的經(jīng)歷。即便你夠幸運(yùn)，能夠找到像石墨烯這種令人激動的新實(shí)驗(yàn)體系，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致和恒心毅力會讓你走得更遠(yuǎn)。”
“周五晚實(shí)驗(yàn)”
在諾丁漢期間的高強(qiáng)度研究啟發(fā)了海姆的靈感，因此他決定不再回到俄羅斯，開始在諾丁漢、哥本哈根、巴斯等地之間拓寬新的研究視野。1994年，他獲得了荷蘭奈梅亨大學(xué)的副教授職位。
在奈梅亨的高磁場實(shí)驗(yàn)室，海姆在介觀超導(dǎo)方面的研究需要非常微弱的磁場（小于0.01T），但如何利用實(shí)驗(yàn)室里閑置的、磁場強(qiáng)大又費(fèi)電的電磁鐵來滿足需求，著實(shí)讓海姆費(fèi)了一番腦筋。
電磁鐵唯一的競爭優(yōu)勢就是能在室溫下工作。一天，海姆偶然注意到神秘的“磁化水”現(xiàn)象——把磁鐵放在熱水管里可以防止水垢形成。他開始思考這背后的原理：如果磁化水真的存在，那么其在20T的強(qiáng)磁場里所產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)遠(yuǎn)大于0.1T普通磁鐵產(chǎn)生的效應(yīng)。
于是，在某個(gè)周五的晚上，海姆做了一件“不專業(yè)”、甚至在有些人看來“不靠譜”的事情：他把水倒進(jìn)了運(yùn)行到最大功率的電磁鐵中。
“往設(shè)備里潑水的確不是標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)方法，我也不記得自己為什么做出如此‘不專業(yè)’的行為。顯然，之前并沒有人做過這種傻事。”
但令海姆驚訝的是，倒進(jìn)去的水并沒有落在地板上，而是滯留在磁鐵的中心。他和來自諾丁漢的訪問學(xué)生Humberto Carmona把玩了個(gè)把小時(shí)，用木棍攪動以改變磁場強(qiáng)度，最終，一個(gè)神奇的水球懸浮在了半空中。
他們很快意識到這個(gè)神奇現(xiàn)象的背后是抗磁性的物理學(xué)原理，但他花了很久才開始相信，水微弱的磁反應(yīng)居然能夠抵消地心引力。很多同事，包括和高磁場打了一輩子交道的研究人員都目瞪口呆，有些人甚至表示這是一場惡作劇。
海姆嘗試過懸浮很多物體，其中一只懸浮的青蛙讓這個(gè)美麗的現(xiàn)象走進(jìn)了媒體與公眾的視線，甚至進(jìn)入了很多學(xué)校的教科書。有時(shí)候海姆參加學(xué)術(shù)會議時(shí)，會有人叫住他：“我認(rèn)識你！不是因?yàn)槭且驗(yàn)槲以谡n堂上展示過你的青蛙，學(xué)生們總是想知道它為什么會飛。”
也是這個(gè)實(shí)驗(yàn)，為他和Michael Berry贏得了2000年的“搞笑諾貝爾獎”。“起初我們被問到是否有膽量來接受這個(gè)獎項(xiàng)，我為我們的幽默感和自嘲而感到驕傲。”海姆說。
磁懸浮的實(shí)驗(yàn)讓海姆玩上了癮，這告訴他，有時(shí)候嘗試和自己專業(yè)領(lǐng)域相差很遠(yuǎn)的方向可能會產(chǎn)生有趣的結(jié)果。這也影響了他的研究風(fēng)格。從那以后，海姆開始了“周五晚實(shí)驗(yàn)”的冒險(xiǎn)之旅，花費(fèi)數(shù)月進(jìn)行橫向思考，沒有明確目的地查閱不相關(guān)的文獻(xiàn)，嘗試的結(jié)果也往往會失敗。
他在奈梅亨也用這種橫向思維方式設(shè)計(jì)本科和研究生課題，學(xué)生們總是很興奮地像無頭蒼蠅一樣四處探索。為了不影響學(xué)生的論文或職業(yè)發(fā)展，這些探索從不會超過幾個(gè)月。盡管隨著每次失敗，熱情會消散，但不少學(xué)生后來吐露，這些探索式的彎路是他們?nèi)松蟹浅氋F的經(jīng)驗(yàn)。
15年間，海姆和同事、學(xué)生們一共做了20幾個(gè)“周五晚實(shí)驗(yàn)”，絕大多數(shù)都凄慘收場。但也有3個(gè)成功的案例：磁懸浮、壁虎膠帶（模擬壁虎腳趾上具有強(qiáng)大吸附力的微細(xì)絨毛設(shè)計(jì)出的人造材料，具有明顯的粘附力和自我清潔功能），以及石墨烯。這意味著這些看似“不靠譜”的奇思妙想成功率竟超過了10%，甚至還有幾次實(shí)驗(yàn)與成功擦肩而過。
“老實(shí)說，我并不認(rèn)為這種成功率是因?yàn)槲姨貏e擅長于橫向思考。更大的可能性是這告訴我們，探索新的研究方向，即便是漫無目的的探索，也會有更多的回報(bào)。我們可能在現(xiàn)有領(lǐng)域挖掘得太深了，讓很多未經(jīng)探索的東西淺藏在表面，只要稍加探索就能找到。當(dāng)一個(gè)人有膽量去嘗試時(shí)，雖然并不一定有回報(bào)，但至少這是一次冒險(xiǎn)。”海姆表示。■