“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”：“我在一個研究項目中從不待超過5年，就會試著轉(zhuǎn)向另一個研究�，F(xiàn)在我已經(jīng)開始恨石墨烯了，因為我已經(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)成為他實驗室“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為他是“石墨烯之父”，而是因為另一個令人驚奇和充滿遐思的實驗——懸浮青蛙。2000年，他因為這項奇思妙想而為自己贏得了“搞笑諾貝爾獎”，并走進了許多物理教科書。這也讓他成為世界上唯一一個“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，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，他說：“我生于地中海氣候”“我在紅軍當(dāng)過副隊長”“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)識戈爾巴喬夫”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，因為除了最后一條，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”。雖然兩個研究機構(gòu)之間僅有200米的距離，但是卻極大地擾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，他才清醒地反思道，這個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，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，要比引入一個新的實驗體系難得多。在開辟一個新的領(lǐng)域時，成功的幾率要大得多。當(dāng)然，可能你對于這個領(lǐng)域很多美好的期許不會實現(xiàn)，但是在研究任何一個新的體系時，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，海姆只能利用實驗室里已有的設(shè)備。他在實驗室角落里找到了多年前實驗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驗條件下“變廢為寶”。實驗室人員眼中的廢品成了他的金礦，他開始每周工作100個小時進行研究，并因此在《物理評論快報》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，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，能夠找到像石墨烯這種令人激動的新實驗體系，嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致和恒心毅力會讓你走得更遠。”
“周五晚實驗”
在諾丁漢期間的高強度研究啟發(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驗室，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），但如何利用實驗室里閑置的、磁場強大又費電的電磁鐵來滿足需求，著實讓海姆費了一番腦筋。
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的強磁場里所產(chǎn)生的效應(yīng)應(yīng)遠大于0.1T普通磁鐵產(chǎn)生的效應(yīng)。
于是，在某個周五的晚上，海姆做了一件“不專業(yè)”、甚至在有些人看來“不靠譜”的事情：他把水倒進了運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把玩了個把小時，用木棍攪動以改變磁場強度，最終，一個神奇的水球懸浮在了半空中。
他們很快意識到這個神奇現(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美麗的現(xiàn)象走進了媒體與公眾的視線，甚至進入了很多學(xué)校的教科書。有時候海姆參加學(xué)術(shù)會議時，會有人叫住他：“我認(rèn)識你！不是因為石墨烯，而是因為我在課堂上展示過你的青蛙，學(xué)生們總是想知道它為什么會飛。”
也是這個實驗，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獎項，我為我們的幽默感和自嘲而感到驕傲。”海姆說。
磁懸浮的實驗讓海姆玩上了癮，這告訴他，有時候嘗試和自己專業(yè)領(lǐng)域相差很遠的方向可能會產(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“周五晚實驗”的冒險之旅，花費數(shù)月進行橫向思考，沒有明確目的地查閱不相關(guān)的文獻，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。
15年間，海姆和同事、學(xué)生們一共做了20幾個“周五晚實驗”，絕大多數(shù)都凄慘收場。但也有3個成功的案例：磁懸浮、壁虎膠帶（模擬壁虎腳趾上具有強大吸附力的微細(xì)絨毛設(shè)計出的人造材料，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%，甚至還有幾次實驗與成功擦肩而過。
“老實說，我并不認(rèn)為這種成功率是因為我特別擅長于橫向思考。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。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)一個人有膽量去嘗試時，雖然并不一定有回報，但至少這是一次冒險。”海姆表示�！�