科學是從零到一百的探索

□ 楊培東

什么是納米?納米只是一個尺度，肉眼是看不到的，我們通常要用電子顯微鏡來觀察這個長度。現在，我們看幾張圖，圖中是一個厘米級跟毫米級的東西。這些螞蟻，人的肉眼是可以看到的，毫米到微米差了三個數量級，大家的頭發大概是幾十個微米左右，微米級的結構是肉眼看不到的，微米下面再小三個數量級就到了納米。一根納米導線放大幾十萬、幾百萬倍以后出現的一個白點，那個白點是什么?原子，材料最小的單位，都是由原子構成的。一個原子基本上是零點一個納米，像這樣一根導線的話，是由那么十來個，或者二十個原子排成的一個方陣，從而形成的一個納米結構。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，然后把它應用到各種各樣的地方。你可能看不到它們，但是它真真切切是在被使用。

通常有人會問我：“為什么要做納米技術?”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么，然后我就去發明它。事實上告訴我們什么呢?告訴我們科技首先要服務于社會。

2011年，我帶女兒去歐洲講學，在飛機上我跟她講人工光合作用，我跟她講這是我做的科研。當然那時候，我們還沒有做出來現在的納米導線跟細菌的一個復合體。所以，她當時聽了以后，就有一個對將來的愿景：有一種方法能夠把大氣中的二氧化碳采集下來，進行光合作用，比如在將來的加油站，人們可以在現場合成汽油和天然氣。

那么，什么是人工光合作用呢?這跟納米科技有什么關系呢?我們來看一個公式：二氧化碳加上水，再加上太陽光，一部分把它變成氧氣，另一部分有可能把二氧化碳里的碳變成了燃料、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。這里有一個關鍵的東西，就是催化劑。我知道，大自然中有很多細菌，這些細菌能夠起到非常好的催化作用，能夠把二氧化碳轉化成各種各樣的化學品。我就想，為什么不能把半導體的納米導線跟細菌結合起來?現在回想起來，應該是七八年前的事情，我跟其他人討論的時候，他們都說我是異想天開。但是我堅持，覺得至少要去試一下。經過大概六七年，我第一次真正地把納米導線跟細菌復合體做出來了，而且第一次真正能夠做到從二氧化碳、水、氧氣中生產燃料、天然氣，能夠生產各種各樣的化學品。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。

我是去哈佛大學攻讀博士學位的，在哈佛大學的那一段時間，也是我真正意義上科研生涯的一個開端。第一年，我的科研項目不太順利，作為出國留學的留學生來說，我就需要擔心接下來做什么來完成博士學位。當時，擺在我跟導師面前只有兩個選擇：一個是你可以隨大流，第二個是要冒險了。

1994年，大部分人都在做一種材料叫碳納米管，非常熱門，我們決定不做這個東西，而是第一次引進了半導體納米導線這個概念，發揚一下革命的冒險精神。現在，全世界大概有幾百個研究組都在做有關這一塊的科研。思想家愛默生說過這么一句話：“不要走別人走過的老路，要在還沒有路的地方給別人趟出一條道來。”當時我們做的這件事情，就是給別人趟出了一條道。如果我們把整個科研過程看成是零到一百的過程，那么這個從無到有，從零到一的過程是非常重要的。從零到一，是一個產生新知識的過程，也就是說，這個過程很多東西是要進課本的。接下來就是從一到九十九的過程，這是一個不斷優化的過程。而九十九到一百，是一個非常關鍵的過程，這個階段是你真正有了看得見、摸得著的產品，且產業化了，能夠應用到各種各樣的地方，這就轉化成生產力了。

我有一個朋友，做音樂的，在最近一年，我們在做一個事情，把整個人工光合作用的過程編成一個音樂劇。很少有人把一個科研題材轉化成一個音樂劇，接下來我想跟大家一塊兒聽聽其中的一段。

好的，我今天就講到這兒，謝謝大家。