愛因斯坦科學獎得主王中林院士：原創發現不是專家能評出來的
作者｜章劍鋒
諾貝爾物理學獎獲得者名單，一般是每年10月上旬由瑞典皇家科學學院正式揭曉。去年，在物理學獎揭曉前三個小時，瑞典國家電視臺STV的屏幕上出現了王中林的照片，以及他有可能獲得該獎項的預測。
這不是空穴來風，在王中林的辦公室裡，本站科技《科學大師》記者親睹了相關的照片資料。
王中林的名字和諾貝爾獎發生聯繫，不是一次。
早在2015年，湯森路透發佈當年的“引文桂冠獎獲獎名單”，在這個名單中，王中林被預測有機會獲諾貝爾物理學獎。媒體稱，湯森路透根據過去30年間發表研究成果的被引用次數，成功預測過37位諾貝爾獎得主。
被譽爲“納米發電機之父”的王中林，迄今已三度獲得諾貝爾物理學獎的提名。
瑞典國家電視臺2020年10月6日的電視截屏照片，預言王中林有可能成爲物理學獎得主。圖源/受訪者提供
作爲國際公認的納米領域頂尖科學家，王中林有許多頭銜，諸如中國科學院外籍院士、歐洲科學院院士、加拿大工程院外籍院士等。2016年，他被全職引進回國，組建中國科學院北京納米能源與系統研究所，擔任所長和首席科學家。他的另一個身份是美國理工名校佐治亞理工學院的終身校董事教授。
去年10月，全球最大學術出版商EIseviery旗下機構Mendeley Date公佈了全球所有學科10萬名科學家終身科學影響力的排名數據，王中林的終身科學影響力排在世界第5位，2019年年度科學影響力世界第一名。此前，他先後摘得了愛因斯坦世界科學獎和有能源界諾貝爾獎之稱的埃尼獎等諸多國際重要獎項。
發表論文1900篇，被引用28萬次。
王中林院士在2019年愛因斯坦世界科學獎頒獎典禮上以獲獎人身份致辭。/圖源：世界文化理事會
在納米材料領域，王中林是世界上第一代科學家羣體的一員，用王中林自己的話說，“在納米還沒叫納米的時候，我就在做納米研究了”。上世紀80年代初，他在美國即已進入這一領域，陸續取得多項耀眼的科研成果，其中的納米發電機和壓電電（光）子學，作爲開創性的原創領域，在國際學界舉足輕重。
納米發電機是一種在納米範圍內（最小的物質尺度）將環境中的機械能量轉換爲電能的能量採集轉換裝置，被稱爲世界上最小的發電機。
王中林告訴《科學大師》，自從2006年納米發電機第一次問世以來，納米發電機的概念和應用也有質的飛躍和昇華。納米發電機現在是一種利用麥克斯韋位移電流把機械功轉爲電功的領域。例如，空氣或水的流動、引擎的轉動、機器的運轉等引起的各種頻率的噪音、人行走時肌肉伸縮或腳對地的踩踏、甚至在人體內由於呼吸、心跳或血液流動帶來的體內某處壓力的細微變化，都可以帶動納米發電機產生電能。在王中林的表述中，這爲目前實現物聯網和傳感網絡以及大數據提供了理想的電源和傳感技術解決方案。
在中科院北京納米能源與系統研究所的麥克斯韋創新科普實驗園裡，王中林的摩擦納米發電機技術科研成果一一被展示：採用柔性材料編織的發電衣，穿在人身上就能將運動能量轉化爲電能；走路就能通過摩擦納米發電技術發電的智能鞋；晃動葉子就能點亮小燈泡的植物發電機……。
而壓電電子學和壓電光電子學效應在2007年和2010年先後被王中林在世界上首次提出，認爲普遍存在於第三代半導體材料與器件中，相繼建立起兩大新興學科，被認爲在人機交互、微納機電器件、傳感和自驅動系統，人工智能、智能電子簽名、能源採集、生物醫療等領域具有進一步的應用潛力。
眼下，中國科學院和北京市正在懷柔共建一個佔地100平方公里的懷柔科學城，“60後”的王中林去年率先整建制地把研究所遷到懷柔科學城，園區建設起來了，團隊也在陸續搭建，王中林顯得幹勁十足。
“看我們目前的情況，未來會更宏大。”王中林對《科學大師》說，“我回國時就提出來，必須要有我們的科技引領性。不是美國人做日本人做，我就必須去做。要變成我們在前面做，他們跟着在後面做。”
2019年，王中林院士獲阿爾伯特.愛因斯坦世界科學獎，成爲首位獲此獎項的華人科學家，該獎每年只頒授給全世界範圍內的一位傑出科學家。/圖源：世界文化理事會
一，世界首創的納米發電機，可不只是一臺機器那麼簡單
《科學大師》：摩擦納米發電機的研究成果問世之後，目前的發展狀況怎麼樣？
王中林：納米發電機最早我是在2006年研究出來的，正在飛速發展，這是目前全世界最活躍的科研領域之一。
自從我們的研究成果發表以後，全世界每年有兩千篇文章發表，有57個國家和地區，800多個單元，研究人員數量達到6000人以上專注於這一領域。
字面上理解，納米發電機好像是個機器，其實它是個交叉科學領域，涉及化學、物理、機械原理、電子學，特別是在能源和傳感兩方面，它覆蓋的領域很廣，是個系統，什麼都需要它，所以是可以跨領域的新學科。
《科學大師》：它的用途是什麼樣的？
王中林：最核心的用途一塊是能源，還有一塊是傳感。
能源上，我們大家出門都拿着手機，長時間使用就沒電了。沒有電源，手機就不能自己充電。能不能越來越多地用納米發電機來持續充電。這種技術我們已經開發出來了。比如你在刷手機的時候，觸屏的動作就能發電。手機殼，也可以做成納米發電材料。或者我們把材料做進鞋子裡，你走路的時候就可以把機械能量收集起來，轉化成可用電力。
我們現在是化石能源時代，都在燒煤、燒油，這些能源是不可回收和重複利用的，是不可再生的。一旦燒完，就沒有了。納米發電機技術，能夠在自然環境中、日常生活中收集機械能量，一舉手一投足之間都可以產生電力供應。尤其對慢動作、低頻率的能量收集和轉化，使它變成有效的電力。比如說，現在的風力發電機，一般是達到3級以上的風力纔可以有效發電，而我們的納米發電機在微風驅動下就可以提供有效的電力。
我們也設想把納米發電機陣列裝置放到海洋上，因爲海浪的運動是持續的，可以提供無窮的能量，我們收集水波的機械能，用來高效發電，可以取之不盡，用之不竭。這種藍色能源，我認爲會是解決能源瓶頸的根本途徑之一， 同時也是實現碳達標和碳中和的重要技術支撐。
雖然說我們正進入人工智能時代，但任何機器，不管它有多強大，都需要電力驅動，沒電一切都是零，你（如果）把電源線鉸斷，任何智能的機器都癱瘓了。而納米發電機從環境中收集能量，就可以驅動機器，實現可持續運轉，不需要什麼外接電源、充電樁，能自供給電力。
阿爾伯特.愛因斯坦世界科學獎獎章。圖源/世界文化理事會
納米發電機的重大應用領域。/圖源：受訪者提供
納米發電機的發展技術路線圖。/圖源：受訪者提供
《科學大師》：納米發電機在傳感方面的應用會是什麼樣的？
王中林：可以應用的方面很多，比如安防、人機界面、穿戴式電子產品、野外防火監測。例如醫療康復，我們的發電機可以幫助受傷的人員測他肌體恢復的力度，醫療健康的檢測、血壓檢測、跑步定位，還有包括衣服上，能實現心率、心電監測。
安防上面，有些特殊場合人不能進去，你把攝像機整天開着，那得有燈，沒有燈它不能攝像，有些地方可能好幾個月沒人進去，有一天忽然有人誤闖，怎麼辦？我們就把納米發電機做到地板上，人一進去，攝像機“啪”就打開了。這樣一來數據量就大大減小了。
更智能一些的，就涉及對前端傳感數據的快速統計分析，比如智能書寫和語音識別。我在講話，這個聲音是我發出的，音頻裡面有我的數據特徵，只能識別成我的，而不是別人的。打字的時候，你指頭按壓的信號數據，它也可以分析並做身份識別。還有機器人的手臂，它本來是沒有知覺的，怎麼做到有知覺，使它的抓取過程能有即時的分析、判斷和反饋。納米發電機在這些傳感方面都可以應用到。
《科學大師》：目前來看，最有可能率先獲得應用的是在能源方面，還是傳感方面？
王中林：我認爲在傳感裝置方面的應用會來得快些。我們現在已經有幾家孵化的公司了，比如利用摩擦發電的技術，實現對室內空氣的淨化，這個公司市值目前達到了4億。第二個是裝在鞋子裡面的發電機技術，已經通過中試。第三個是測血壓信號的技術，涉及疾病的診斷和康復檢測。第四個是智能鍵盤，產品已經開發出來。第五個是機器人智能手。這都是我們所孵化的，全部是我們自己的技術和想法。
中國科學院北京納米能源與系統研究所位於懷柔科學城的園區。 /圖源：納米所官網
二，做原創科研，要有經得起別人質疑的定力
《科學大師》：納米發電機技術要想廣泛落地應用，需要政府推動嗎？我知道最早是中科院的主要領導邀請您回來工作的，你們所也是國家頂尖人才計劃的產物。
王中林：對於任何嶄新的科研領域，政府的支持是十分必要的。因爲企業希望投資進去能很快有回報，但是發展新技術不是一天兩天就能見到效益的。前期一定是政府看到它在未來的潛力，先做基礎研究佈局，做技術推廣佈局，把該解決的問題都解決了，鋪平道路，然後進入工業化階段，投資者進來，大規模做起來。
我們中國人自己做的東西，一旦有了非常好的苗頭，就一定要大力支持，否則你怎麼可能全球領先？
像納米發電機這個領域，美國人還沒有做我們就做了。如果我們自己做的原創科研，自己都不去推廣，我們怎麼引領？何況相比其他一些還難以看到落地前景的科研項目，我們做的是看得見摸得着的東西，是對是錯，你自己來看就明白了。
現在國外很多人來我們這裡學習，我們是完全開放的，誰來我們都接納。你的科學發現很重要，就要讓更多人知道，要讓人人都用得上。我還不怕別人來追趕，我們不斷創新，不斷有新招。
圖源：世界文化理事會
《科學大師》：發展過程中面對過什麼樣的挑戰和壓力？
王中林：我們這個所是2012年開始建設，最開始連辦公地點都沒有，就在外面租一個地方，完全從零開始。8年走過來，你說能沒有風雨，能沒有困難嗎？ 但是遇到困難的時候，我告訴自己，要堅持下去，天底下沒有辦不到的事。
我們所初建的時候，還不成型的時候，有些人認爲我們辦不成。當時聽到這種聲音，如果認慫，我早就捲起鋪蓋走人了，早就歇下來了。
我這個人是這樣的脾氣，你要說我辦不成，我就非要把它辦成不可，還要幹出成績，還要幹到最好。
大家當初不看好，是因爲不瞭解我們的研究，他們從主觀上覺得你納米發電機能發幾個電？他就沒有想過，爲什麼全世界到現在有6000多位科學家跟着我們走，人家難道就沒有自己的判斷力？
從今天看，我這個團隊培養出來的學生，學生的學生，算下來有上千人了。百年發展之大計，我們把人才培養起來，把這個領域樹立起來，下個十年希望有更多的產業相應發展起來。在最近斯坦福公佈的全球十萬名科學家排名中，我有四十多位學生在列，說明我們的方向正確，人才興旺。
《科學大師》：科研有點像押寶，科學家一開始可能都會有迷茫期，您在前景不明朗的時候，有沒有動搖過？
王中林：這麼多年走過來，從0~1，必然會面對各種質疑。首先，你做的東西爲什麼別人沒有做？是別人都沒有想到？第二，別人都沒有做出來，你能做出來嗎？第三，你做出來又有多大影響力？第四，即使有影響，那會有多大的影響？等着你的是這一連串的問題，你回答得了嗎？
我經常跟團隊打氣，法拉第（英國物理學家）發現電磁感應定律是1831年，他後來又研究出簡單的發電機，到現在有190年了。當時如果有人問法拉第，你這個東西能驅動全世界嗎？他怎麼回答得了？
話說回來，就像女人懷胎一樣，科研也有一個過程。從一個小小受精卵開始，隨時都可能流掉，因此前三個月是最危險的。過了三個月，稍微穩定了，但還不成型。熬過五六個月，就成型了。過了6個月，就是快速的成長期。我們納米發電機的發展就好比現在到了6個月這個時候了。
諾貝爾紀念館大條幅上寫着著名的科研三階段，我都經歷過：第一階段，有人認爲你的科研原理是錯誤的。第二階段，有人認爲你所做的科研是早已經被人發現過的。到第三個階段，他們認爲你從開始就肯定會成功。這個過程中，不光是國內同行有人挑戰我，國外的人也挑戰我，說你的原理不對、你的信號是假的、你的發現沒有用等。我們最後通過大量實驗數據，證明他們纔是錯的。
2018年，王中林院士獲頒埃尼獎，成爲獲得該獎的首位華人科學家。埃尼獎與計算機界圖靈獎、數學界的菲爾茨獎及沃爾夫獎等並稱自然科學領域性的最高獎項。/圖源：受訪者提供
《科學大師》：不少國家都把納米科技納入到國家科研戰略，很重視它。對於當今世界來講，納米科學爲什麼是不可或缺的？
王中林：任何物質都是由原子組成的，雖然物質和物質的形態有差異，但最核心的組織是一樣的，就像人類的遺傳DNA。你如果能在科學層面都把它理解了以後，你就可以像搭積木一樣操控它，進行更微細更精確的操作，就像去年兩位諾貝爾化學獎得主，她們的研究成果就是開發出基因組編輯方法，可以對基因進行某些方面的剪輯。
比如我們的手機，裡邊的基本原件構成就是三級管、二級管、電阻、電容等，把這些東西組合在一起就形成複雜的電路設計，這些東西集聚起來，產生了一臺手機。基於納米尺寸上物質所具有的獨特性，當我們從納米級上把微觀的東西搞清楚了，你就理解了最基本的單元了，纔有可能更好地掌握宏觀的東西。納米科技是幹這個事兒的，所以這就變得很重要了。
《科學大師》：國際層面，納米科技是一個什麼樣的競爭態勢？
王中林：國際納米領域，我們中國是走在前面的。上世紀90年代前後，納米領域作爲新興科學領域，我們這一批留學生剛好趕上，我們和西方都處在同一條起跑線上，加上國家的支持和科學家的努力，我們一直在往前走。
目前來講，納米發電機和壓電電子學，我自己敢說在全世界都是最領先的、是領頭羊。我的一個看法是，在納米科技方面中國人還需要做更多原創的東西，經常我們還是在跟隨西方，跟隨國外。
很多情況下，學者們還是追求發表論文，我們的基礎研究雖然做得不錯，但是和工業化應用沒有很好地銜接起來。
納米科技發展到今天，核心是要爲社會解決重大問題。如果不解決問題，在科學上取得進展也是好的，或者發現新原理、新現象、新效應。但是目前這一類還是太少了。如果沒有科學研究的突破，你就要注重怎麼樣把應用搞上去，往實業、產業走。這一點要向日本人學習。
我的觀點是，我們做科研，要麼能上書架子（在基礎科學上要有成果，在國際頂級刊物上有聲音），自己的發明可以寫進教科書；要麼能上貨架子（真正把成果應用到祖國的大地上去），造福於人民。如果兩個架子都上，那是最好。
被譽爲能源界的“諾貝爾獎’埃尼獎獎章。/圖源：受訪者提供
四，顛覆性研究，既要大力提倡，更要真抓實幹
《科學大師》：講到顛覆性研究或者重大原始創新，您覺得有規律可循嗎？
王中林：現代科學發展到今天，沒有被發現的東西太少了，基本發現得差不多了。像納米科學發展這麼多年，能被提出的新概念、新發現很少，想再有更多顛覆性的創新，或者說更多重大原始創新，看起來空間並不是那麼大。
既使有空間，但解決不了。比如貴金屬中的鉑金，用它來做催化是最好的，但全球的鉑金產量是很有限的，你能不能用簡單金屬來取代它，達到同樣的催化效果？如果這個問題解決了，那就是重大的原始創新，大家都知道，但解決不了。
而且要解決某一原創的問題，或者將之發展成爲一個科學領域，至少需要10~20年，說十年磨一劍，那都說少了。
重大科研創新的出現，也是各種綜合因素聚合起來的結果，願望人人都有，但能不能實現，就像攀登珠峰一樣，不是人人都能登上去的。
王中林和他的科研發明。/圖源：受訪者提供
《科學大師》：如果是這樣，那提倡原始創新或者說顛覆性創新，有什麼必要和意義呢？
王中林：我舉個例子，美國當年提出“星球大戰”的戰略，這是他們的終極目標，在過程中，就帶動很多技術往前發展，雖然“星球大戰”的終極目標沒達到。我們現在把原始創新提得這麼高，總會有帶動作用，創新風氣也能營造出來，這個方向是對的。
比如我們要探測火星和月球，這個目標會帶動很多相關技術的發展，例如傳感技術、推進技術、通訊技術等。
我的目標和行動，你是能感受到的，是實實在在地在做事情了，戰鬥在科研第一線。我覺得核心還是要讓更多的科研人員靜下心來做事情，要淡化各種各樣的獎項和人才帽子，這樣才能真正推動科學發展。
經常學生問我，導師該怎麼選。我說你就選那些戰鬥在科研第一線的活躍分子。我們現在國家提出在科技創新上“揭榜掛帥“，國家提出一些指標，你敢揭榜上，憑你的真材實學能把問題解決。我認爲這就很好，是一種接地氣的做法，會帶來積極的效應。
這同時，我們也要避免一些認知誤區。
有些人提到顛覆性創新，很多時候可能都沒有完全理解什麼叫顛覆性、什麼叫原創。你要讓國際學術界公認，他們都跟着你幹，那才行，而不是我們自認爲是顛覆性的，就是顛覆性的了。那是不行的。
原始創新，也不能只是由專家們來評。我的一個看法，真正的原創不是專家們能評出來的，而是要科研人員自己堅持勒緊褲腰帶做出來的，需要實幹。
如果你有一個原創的研究，在開始只是一個想法或者說是有限的數據，還有很多沒有回答的問題，如果讓專家評審一定通不過。這就是我們國家原創太少的原因之一。
這就要求我們有一個很好的創新體制，專家評審可以有，但應該考慮降低比重，作爲一種參考依據是可以的。更核心還是要把科研環境和氛圍建設好，激活、釋放科研人員自身的能動性和創造力，提升科學至上的學風，謹防浮躁和盲目的跟風。
資料參考：新京報等。