科学是从零到一百的探索

□ 杨培东

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，是一个非常关键的过程，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。