少年的你赚大了？顶尖科学大佬专门开“小”灶

少年，是所有人一生中精力最旺盛、好奇心最强的阶段，也是收获知识、塑造自我的重要时期。生活中时不时就能看到“10大少年科学家”这样的新闻，而在八九十年前的中国，这却是“南上加南”。

上世纪二十年代是物理学发展的黄金时代，哥本哈根学派如火如荼，量子力学也在原子和分子层面上大放异彩。而那时的中国却还是一个揉着朦胧睡眼的雄狮，出国学习物理的更是寥寥数人，少年王守竞就是其中之一。

在1924年，20岁的王守竞只花了不到两年的时间获得了康奈尔大学物理研究所的硕士学位和哈佛大学的文学硕士学位，然后又到哥伦比亚大学物理系攻读博士，最后的博士论文成为美国最早的五篇量子物理论文之一。学术成绩斐然已经很了不起，而这些研究成果还是王守竞在没有导师的情况下完成的，因为在美国没有人能指导他的领域。陪伴王守竞的，只有同侪组成的理论物理兴趣小组（组员之一是1944年获得诺贝尔物理学奖的I. I. Rabi）。

理论物理兴趣小组成员（左1：王守竞，右1：I. I. Rabi）丨维基百科

虽然不是每个人都能成为学神王守竞，但如果能拥有一个科学的氛围，少年们对科学的兴趣不仅可以被激发，巨大的潜力也能被挖掘出来。毕竟少年们除了拥有强大的学习能力，还表现在优于常人的想象力和创造力。

今天中国早已不似往昔，不仅引领着世界范围内的学术活动达到了空前的自由，而且也让众多少年们有了和权威的学术大佬当面“论剑”的机会。

在今年1月12日，腾讯科学小会如期召开，活动现场更是大佬云集，有腾讯杰出科学家、量子实验室负责人张胜誉和中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远、Science新闻主编Tim Appenzeller、天体物理学家Avery Broderick、天文学家刘继峰、清华大学生命科学学院院长王宏伟、“搞笑诺贝尔奖”创始人Marc Abraham、无机化学专家David G. Evans等等。什么？看名字似曾相识？别着急，看完下面的讲题总结，你就能把去年的科学大事件和他们一一对应！

天文学

“无用”之学讲述远方的故事

果壳特邀作者 高爽

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从陨石到黑洞

1976年3月8日下午2点左右，中国吉林降下整片的陨石雨。138块陨石和超过3000块陨石碎片散落在几十公里的大地上，震惊了世界。那是一个百废待兴的年代，中国虽然成功发射了东方红一号卫星，但是在天文学的基础科学领域刚刚起步，缺少足够丰富的陨石样本，更是没有能力发射探测器直接探索太空。所以，吉林陨石雨的出现，给中国天文学带来了珍贵的天外标本。

在更遥远的月亮上，美国宇航局已经开始采集月球土壤和岩石标本，而且成功地带回地球。1978年，美国赠送中国1克月球岩石。欧阳自远院士舍不得把它用完，只取出0.5克进行科学研究，另外0.5克存放在北京天文馆，今天还在对外展出。

中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远：

未来我们人类将有两个栖息地，一个是地球，一个是火星，这样的话地球和火星将成为人类未来发展的姐妹共同体。

中国月球探测工程首任首席科学家 欧阳自远

从80年代末到90年代初，欧阳自远利用探空气球获得了大量的宇宙尘埃与哈雷彗星的尘埃。结合0.5克月球岩石的标本，中国的天文学正式开启了天体化学和天体地质学的研究。就在这些细小的陨石、尘埃和月岩的基础上，中国成功实施了嫦娥计划，玉兔号月球车在月亮表面漫步，嫦娥四号代表人类首次软着陆月球背面。

陨石和月球岩石可以在实验室里分析，但研究天文学中更神秘和遥远的黑洞只能靠理论模型和观测数据。

全世界70多台望远镜联合观测M87星系中心的超大质量黑洞，经过长时间的数据处理，2019年4月向全世界发布了人类第一幅黑洞的照片。几乎同时，国家天文台的刘继峰研究员领导着自己的团队反复观测确认一个早先发现的恒星级黑洞。刘继峰发现，这个70倍太阳质量的黑洞的出现，无法用现有的理论解释。

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技术与科学的联姻

天文学是纯粹的基础科学，但它的发展离不开技术的辅助。

没有可靠的火箭技术，就不可能有嫦娥计划的成功登月。没有大型望远镜的建造，没有网络的互通互联，没有高性能的计算机设备，也不会有黑洞照片的发布。没有海量数据的存储设备，没有可控的光纤光缆，也并不会有最大质量的恒星级黑洞的发现。

嫦娥三号软着陆，可以在最后关头自动探测月面地形，悬停之后自动寻找更安全的落点。计算精度可以精确到十几米，这一切都依赖于精确的导航和雷达探测技术。

国家天文台的郭守敬望远镜，可以一次观测同时获得4000个目标的光谱，这是世界上工作效率最高的望远镜。它在过去几年时间，收集了千万条恒星光谱，这个数字比人类历史上获得的全部光谱数据还要多。

反过来，技术的进步，也依赖于天文学这样的基础科学的引领。

我们的征程是更远的远方，是火星，甚至是太阳系之外的星际空间。2020年，中国将发射火星探测器，整个项目将进一步带领材料技术、信息技术、火箭技术的突破。

天文学希望进一步探测银河系之内的身边的黑洞，更大的望远镜成为了迫切需要的工具。

我们今天看到的玉兔号漫游月宫和黑洞照片，都是科学与技术联姻的产物。它们的紧密协作，还将在未来给人类奉献更多惊喜。

3

最遥远的故事

天文学，似乎是最有情怀的学科。它与国计民生的联系不那么直接，天文学的从业人员极少，它是极致的“无用”之学。天文学最本质的意义和价值在于，它在讲述人类永恒的最遥远的故事。

尤里·赫拉利在《人类简史》里说，我们这个物种，也就是智人，能够战胜其他物种，一步一步发展到今天，越来越适应环境，统治地球，究其根本，是因为我们善于讲述集体的故事。而天文学恰恰是最长久的故事，它总是超前半步。

天体物理学家Avery Broderick ：

黑洞不仅仅是在物理上一个非常神秘的东西，同时对于天文学家而言也是一个很棘手的问题，黑洞其实是宇宙当中最亮的这样一些东西的引擎。

天体物理学家 Avery Broderick

当人类开始认识脚下的一片土地的时候，天文学有了地球的概念。当人类的足迹遍布整个地球的时候，天文学开始关心太阳系和恒星。当我们已经了解到宇宙的演化的时候，天文学在探索宇宙的起源和平行宇宙……天文学，永远领先半步，讲述认知极限之外的故事。而欧阳自远、布罗德里克和刘继峰等人为代表的天文学家们，就像人类的领航员，拥抱星辰大海，探索未知边界的海洋。

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中国故事

在三位天文学家的演讲中，我们可喜地看到了在这场遥远而宏大的叙事中，中国人讲述了别具匠心的自己的故事。

欧阳自远领导下的嫦娥计划，中国人让嫦娥三号登陆月亮，让嫦娥四号首次登陆月亮背面。嫦娥四号是嫦娥三号的备份机，一旦嫦娥三号成功完成任务，嫦娥四号就失去了价值。但是中国天文学家不想浪费嫦娥四号的优良品质，决定用它来探索月亮的背后。在探索太空的征程里，我们比欧美国家晚出发了几十年，但是率先抢占了月亮背面的先机。要实现这样的壮举，靠的是我们对自身技术水平的信心，靠的是创出一条新路的决心。

为了能够对月亮背面的嫦娥四号正常控制，需要在比月亮更远的地方事先投放中继卫星鹊桥。嫦娥、玉兔、鹊桥，越来越多的中国符号在太空熠熠生辉。

在获得黑洞照片原始数据的70多个望远镜中，也少不了中国贡献。照片“主角”是室女座超巨椭圆星系M87中心的超大质量黑洞，其质量是太阳的65亿倍，距离地球大约5500万光年。照片展示了一个中心为黑色的明亮环状结构，看上去有点像甜甜圈，其黑色部分是黑洞投下的“阴影”，明亮部分是绕黑洞高速旋转的吸积盘。华盛顿、上海、台湾、圣地亚哥、布鲁塞尔和东京同时召开新闻发布会，给黑洞照片揭幕。包括中国科学院上海天文台在内的一些中国机构参与观测和数据处理，此次参与黑洞照片的获取工作，为中国今后在相关国际合作中发挥更重要作用做了良好示范。国家天文台、紫金山天文台和上海天文台的几十位研究员和所在团队的大量研究生共同参与了望远镜观测和数据分析工作，黑洞照片是科学共同体的努力结果。

天文学家刘继峰：

我相信随着科技的发展，咱们终有一天我们可以窥视宇宙的全貌，我们人类在整个的宇宙中就像一粒沙尘非常微小，但是我们利用我们的观察，利用我们的思考，终究可以让我们的想象力，特别是洞察力到宇宙的每一个角落，从这个角度而言，我们人类最终的命运其实是在星辰大海。

天文学家 刘继峰

刘继峰研究员发现的大质量恒星级黑洞，最初也是利用了国家天文台自主创新的郭守敬望远镜获得了目标。郭守敬望远镜口径4米，靠4000根光纤成为世界上效率最高的望远镜。这样的技术性能，特别适合进行大海捞针级别的初步筛选工作。结合后续的深入定点确认观测，刘继峰获得了决定性的成果。

无论是河北山区的望远镜，还是上海郊外的数据库，抑或是西昌的发射中心，中国正在努力讲述自己的特色故事，这不仅是为宇宙的永恒主题增加了中国元素，更是从我们自己的独特角度给人类的科学共同体提供突出贡献。

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理解宇宙，未来可期

理解宇宙，是人类的本能。法国南部的岩洞里保存着最古老的智人的艺术作品，那些红色的涂鸦除了身边常见的野兽形象，还包括星空的样子。利用互联网优势，大数据和人工智能能多项成就，天文学未来的发展更有可为。

从最具体的太空岩石，到最缥渺的不同量级的黑洞，天文学越来越频繁地给我们带来新的惊喜。最近，腾讯发布了2019年微信使用数据报告，全民10大搜索热词中，天文学词汇占据两席。技术的完善，结合天文学的广泛传播，未来的世界，会对宇宙有更深刻的理解。我们盼望那样的时代。

物理学

一本正经的科学和一本正经搞笑的科学

果壳编辑 小奶牛

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猫和物理学的不解之缘

在物理学家眼中，猫是一种神奇的生物。科学家们发现，猫不管用什么姿势从高处落下，总是脚先着地。而根据墨菲定律（坏事不管概率多小总会发生），涂了黄油的面包被抛到空中总是黄油的一面先着地。那如果把涂了黄油的面包绑在猫的背上呢？这只猫会不会永远不会落地，成为“第一类永动机”呢？这就是有趣的黄油猫悖论。

黄油猫悖论 | Wikipedia

这个论证并不严谨，因为墨菲定律只是主观的理论，并不具有科学的严谨性和客观性。不过，物理学家对于猫的“迫害”还远不止于此。在刚刚过去的“腾讯青少年科学小会”上，有两位主讲人提到了物理学和猫的不解之缘。

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一本正经的量子物理和量子计算

“薛定谔的猫”可能比量子物理本身更出名。物理学家薛定谔提出过这样一个思想实验，从此成为了猫奴的一生之敌：

密闭容器中有只猫，还有个随时可能释放毒气毒死猫的机关，如果没有人为的观察，我们无法知道猫是不是被毒死了，在量子世界中，这只猫此时就同时处于既生又死的叠加态。但如果我们打开容器进行观测，猫的叠加态就坍缩成了“生”或“死”的确认状态。

薛定谔的猫 | Wikipedia

腾讯量子实验室的负责人张胜誉也用“薛定谔的猫”作为引入，向我们展示了量子物理的法则和量子计算的强大。

腾讯杰出科学家、量子实验室负责人张胜誉：

到底科学家精神到底是什么？我想真正科学家的精神其实肯定不是说求名或者是求利，也不是说求说话有一言九鼎的权威感，更不是说得到生活上的特殊待遇，这些东西不是不可以说，而是随之而来的副产品。持续推动科学家往前发展自己心中所伟大的这个科学事业的，其实是追求的一种真，一种美，一种对万世万物更深刻的理解，一种对人类生活更有意的改变。

腾讯杰出科学家、量子实验室负责人张胜誉

薛定谔的猫告诉我们量子世界存在两个超出常识的现象：物质可以处于叠加态和观测可以打破叠加态。而量子计算正式利用了量子叠加态的原理来实现的。

可是为什么要研究量子计算呢？张胜誉老师举了乘法计算和大数分解的例子：计算两个500位数的乘积的算法很简单，只要细心就好；但将1000位数分解成两个数的乘积在算法上就会让人无从下手。

如今的通信加密技术很多就是建立在类似大数分解的问题上，只要将问题复杂化，让传统计算机算到天荒地老就能保证信息的安全。但对于量子计算机来说，破解这种加密方式可能只是小菜一碟，只有应运而生的量子加密技术才能与之对抗。

IBM研制的量子计算机 | Wikipedia

当然，空有理论并不能够让我们造出强大的量子计算机，如何将量子叠加态的理论转化为实际存在的硬件系统又是另一回事儿了，而且现阶段的量子计算并不是万能的，也有它擅长和不擅长的领域，还要克服测量对结果的破坏性。

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一本正经搞笑的搞笑诺贝尔奖

喵星人到底是液体还是固体——想必铲屎官们肯定都有过这样的疑问，铲屎官中的科学家同样如此。不同的是，有科学家们通过实验得出猫的底波拉数小于1，这个数据说明猫也可以是液体，他们还因此获得了2017年的诺贝尔物理学奖。当然，是搞笑诺贝尔奖。

在腾讯青少年科学小会上，搞笑诺贝尔奖的创始人Marc Abrahams向观众们介绍了这个与众不同的奖项，并分享了一些令人捧腹大笑的研究成果。

“搞笑诺贝尔奖”创始人Marc Abraham：

我相信随着科技的发展，咱们终有一天我们可以窥视宇宙的全貌，我们人类在整个的宇宙中就像一粒沙尘非常微小，但是我们利用我们的观察，利用我们的思考，终究可以让我们的想象力，特别是洞察力到宇宙的每一个角落，从这个角度而言，我们人类最终的命运其实是在星辰大海。

“搞笑诺贝尔奖”创始人Marc Abraham

搞笑诺贝尔奖一般在每年诺奖的前几周举行，Marc则会作为大会的主持人登场。跟诺奖类似，每年由杂志编委会评选出10个奖项，学科不限。但无论是颁奖人，还是大会的工作人员都是实打实的诺奖得主。奖金嘛，足足有10万亿……津巴布韦币，折合成人民币大约是2.8元。

Marc说，搞笑诺贝尔奖只颁给那些让人觉得搞笑、意外，但静下心来又会让人有所思考的研究，虽然搞笑，但实验和论证都是极其严谨的，所以有些科学家们接到获奖通知后才知道自己拿了搞笑诺贝尔奖。比如搞笑诺贝尔物理奖就曾颁给研究“企鹅拉屎压强大小”、“树袋熊怎么拉出方形翔”、“猫到底是液体还是固体”、“磁悬浮青蛙”这种看起来脑回路就很清奇的科学家们。

值得一提的是，研究磁悬浮青蛙的Andre Geim在获得搞笑诺奖的10年后，因为合成了石墨烯还获得了诺贝尔化学奖（这回真不是搞笑了），为自己在搞笑诺奖的舞台上赢得了扫地僧的工作……

扫地僧Andre | www.improbable.com

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好奇心驱使的科学最终殊途同归

“遇事不决，量子力学”，有人觉得量子物理如此高深莫测、高不可攀，和自己八竿子打不着，但事实真的是这样吗？想想过去的一年中，你有没有为市面上铺天盖地的“量子某某某”交过智商税呢？

交智商税的量子波动速度 | mt.sohu.com

别说是普通人了，也没有哪位科学家敢说自己真的搞懂了量子物理，但抱有一颗好奇心，去了解一下它的探索历程和奇妙诡异之处，我们可以从另一个视角看到一个截然不同的宇宙观。而且，当再有什么玩意儿打着“量子”旗号招摇撞骗的时候，我们能够本能地去质疑它，当一个谣言粉碎机也不错呀！

谣言粉碎机 | 图虫创意

回过头来看看那些搞笑诺贝尔奖的科学家们，他们都是图啥呢？用严谨的学术态度去研究诸如屎尿屁的问题，看起来荒诞不经，但他们却能够让大家看到科学家们不为人知的有趣一面，让这些被“拉下神坛”的科学技术变得更接地气，也更能够激起人们对科学技术的热情和好奇心。而那些看似没卵用的研究结果和研究方法，说不定就是未来的“潜力股”，能够用到某些领域，成为造福人类的技术。

搞笑诺奖的合影 | www.improbable.com

不管是像量子物理这样看起来高大上的研究，还是像搞笑诺贝尔奖这种一本正经搞笑的研究，都和我们的生活有着某种奇妙的联结，也许它对你的工作学习真的有帮助，也许仅仅是出于好玩。何不带着好奇心，像结识新朋友那样，去了解一下它们的故事呢？

化学

现代 “造物之手” 有多强大

果壳编辑 Hari

一个洋教授，不远万里来到中国，把中国人民的科普事业当作自己的事业，这是一种什么样的精神？这是国际主义的精神。而这位洋教授，就是本次青少年科学小会的嘉宾戴伟博士。作为北京化工大学特聘教授的他不仅在无机催化剂和材料领域有着深厚的科研造诣，更在化学科普的工作中广受大家的喜爱。

无机化学专家戴伟：

我希望利用最先进的平台，有效地传播化学，让大家认知到化学对社会的贡献，避免人们相信谣言。

无机化学专家 戴伟

他带领的团队所研发的无机层状材料（LDHs）在农业、安全、扶贫、交通等领域有着广泛的应用，而他的快手账号“戴博士实验室”也已经拥有了超过300万的粉丝。今天，戴伟博士就来给大家分享他与化学、与科普的故事。

大众眼里的化学究竟是什么？在人们的认知中，很多时候会把化学跟“危险”、“污染”、“爆炸”、“有毒”之类的词联系在一起，这就是化学给大家留下了负面印象的最直接的证据。但化学真的就是那么坏的东西吗？从戴伟博士的演讲中可以看到，随着化学的发展，我们靠氯化消毒法解决了饮用水不卫生的问题；又靠“哈伯-博施”氨合成法大规模生产出氮肥，而氮肥的使用带来的粮食产量的增长直接打破了人类营养不良的困境；除此之外，各种新型的抗生素将很多大规模的传染病扼杀在摇篮里……而这一切进步所导致的最直接的结果，就是人类的整体平均寿命不断延长，生活质量也不断提高。

虽然化学看起来离我们很远，但是其实它无处不在。戴伟博士的演讲告诉我们，只需看看如同我们的每个人的灵魂归宿般的小小的手机，它的生产过程就有超过50个的化学元素的参与。正是靠着那些对我们一般人来说如同火星文的般的“钡镧铈镨钕”和“钐铕钆铽镝”们，我们的手机变成了如今这般简洁优雅而又功能强大的计算怪物。因此，化学虽然让人有着不好的印象，但从真实客观的角度来说，它确实为我们人类的美好生活做出了巨大的贡献。

既然化学对我们有如此大的益处，为什么却给我们留下了负面的印象呢？其中一个很重要的原因就是人们对化学的认知不足。化学这门学科的专业性很强，要想掌握这门学科既需要扎实的理论基础，还需要大量的实验积累；对于大多数人来说，化学理论知识枯燥无趣，而化学实验又没有条件去进行，因此总体上对化学处于不甚了解而又敬而远之的状态，而这样的不了解所导致的就是人们对化学产生的本能上的恐惧。再加上媒体报道中大多数污染事故都与化学相关（虽然也确实如此），我们就更加坚定了化学有害的刻板印象。

在这样的负面印象的大环境下，关于化学的谣言便会“应运而生”，比如戴伟博士的演讲中提到的“喝弱碱性水抗癌”和“纯天然萃取日用品不含化学物质”等，而这些谣言的背后往往是黑心商家逐利的血盆大口。而戴伟博士的科普方式——现场展示生动有趣的化学实验——便是一场针对化学谣言釜底抽薪的行动。因为这样的科普不仅能让我们消除对化学的恐惧，还能点燃我们对化学的兴趣。

事实上，戴伟博士自己对化学的兴趣便是来自于小时候他父母对实验条件的支持，而实验正是化学最核心也是最有趣的部分。人类对化学最初的认知便是从大量的实验中得来，而这些认知形成理论之后又会进一步的被实验所检验。这样的过程不仅是化学的认知之路，更是科学的认知之路，而这也正是戴伟博士所要达成的最终的目标——传递科学的精神。

除了对趣味实验的展示之外，戴伟博士也很善于将枯燥的化学理论直观的体现出来。比如他的演讲中提到的实验安全的关键性，便用覆盖在眼睛图片上的生熟鸡蛋来比喻生物体蛋白质在高温或者腐蚀下的变性过程，仅一张图便清晰明了的解释了其中的原理，让人一目了然。

在演讲的最后，戴伟博士提到他做科普的核心理念——快乐化学。他的科普活动正是希望更多的青少年和成年人能在快乐中掌握化学的知识以及科学的精神，并在今后为人类的美好未来做出贡献。这就是戴伟博士，一位具有国际主义精神的化学家，一位快乐的化学科普工作者。

生命科学

显微镜：一花一世界

果壳编辑 桔子

王宏伟老师在腾讯科学小会的分享，是我家5岁多的米花第一次挑战如此正经的生物学讲座，看到酷炫的屏幕和舞台，以及身边的大哥哥大姐姐，她激动地期待即将开始的“儿童活动”。王宏伟老师毕业于对门清华大学，在美国做过博后，也是海归，喜欢户外和运动……看到这些介绍，亲切感油然而生。相信孩子也会喜欢他。

作为“生物世家”，我和老公并没有刻意教孩子任何生物学知识，兴趣培养是放养型的。前几天米花流鼻血了，看到地上一滴鲜血，开心大呼：“我终于，又流鼻血了！”并让我拿了载玻片在地上蹭起来，放到显微镜下面看。俩孩子排队看完自家身上的细胞，米花突然若有所思：“为什么红细胞不是红色呀？”

掌握了知识之后对所见习以为常，而没有任何预设的孩子，最能根据看到的现象提出大人忽略的问题呢！

红细胞

王宏伟老师研究的领域是冷冻电子显微学和更微观生物层面的结构生物学，可以说是目前在生物学领域，人们可以“看”到的最细微的尺度，他的分享回顾了人类从宏观到微观，一步步看向更本质的世界。

眼见为实，直观的东西最能打动人，带来一眼揭示真相的感动。可以想象，当人类第一次通过打磨过的透明圆石头看到放大的世界，他们是多么的激动。但最初这些小石头显然有着别的作用，它们被称为点火石（burning glasses）和跳蚤镜（flea glasses）。

清华大学生命科学学院院长王宏伟：

我们人类在过去的几百万年一直用我们的肉眼来观察我们的周边世界，但实际上，我们也一直对在更加微小的尺度上生命现象是如何展现的很感兴趣。

清华大学生命科学学院院长王宏伟

王宏伟老师的讲述从列文虎克开始，在我的观念里，生物学真正从博物学脱离开来，也是从列文虎克开始的。作为一个篮子手工业者的儿子，列文虎克从父亲那里继承了心灵手巧的基因。只有他才能做出直径2-4毫米、放大率100-300倍的镜片，能分辨出一丁点桔子皮上1m大的细节，但并不是靠打磨的，而是把细玻璃烤软，拉成两半，再把拉出的细长末端放在火上烤，这个尖端上就能凝出一小滴凸透镜。他用这些精妙的小透镜观察了身边能找到的一切，包括脏水里忙碌跑动的小颗粒（实际上是细菌）、精液、牙垢、舌苔……

用到多个透镜的光学显微镜叫复式镜，复式镜从首创至今有几百年，如今我们在生物实验室用到的普通光学显微镜和复杂一些的荧光显微镜都属于复式镜。

今天，利用复试显微镜，科学家能揭示更加惊喜的单个细胞的状态，例如，王宏伟老师的同事记录下了细胞的爬行。也有更多科学家用光学显微镜研究细胞分裂的各个步骤的形态。

但如果永远只是复式显微镜，不管玻璃的工艺如何改进，放大倍数也很容易接近理论的极限，因为不论镜片弧度多么精准无误，透镜组合多么完美，显微镜分辨率最多也只能达到光波长的一半——自然光的平均波长为0.55m，所以分辨率能达到0.275 m，最好的光学显微镜能把物体放大2000倍，这是细菌的量级。要想继续看下下去，必需质的飞跃。

答案是……

1924年，德布罗意证明电子也和光子一样具有波动性，波长还比电子短！他是有史以来第一个用博士论文赢诺贝尔奖的人。用以他命名的德布罗意公式可以算出，电子的速度能被电场加到特别大，以至波长缩到光子的1/100000。用电子做“光源”的显微镜分辨率可以本质性地提高，能看清可见光下不可见的细胞内部。上个世纪30年代，物理学家卢斯卡进一步发现，电磁在磁场下可以被聚焦，这跟光学显微镜的原理非常相似，由此提出了电子显微镜的概念，并且发明了世界上第一台透射电子显微镜，这位科学家也因为这个发现，获得了1986年诺贝尔物理学奖。

电子显微镜还可以看到非常精细的细胞甚至原子结构，比如，如果用电子显微镜观察石墨烯这样的二维材料，能看到里面的每一个碳原子逐一像蜂窝状一样排布起来。我在本科的研究主要借助的设备就是电子显微镜。建造电子显微镜有严格的要求，需要避开地铁和一切可能引起轻微晃动的东西，用钻石做的刀片进行纳米级厚度的切片。最终，在黑漆漆的屋里，只有机器轻柔的嗡鸣，透过幽幽的屏幕，看着那些美丽的线条，勾勒出生命最小尺度的“器官”——细胞里的细胞核、线粒体、质体，双层膜清晰可见，如果运气好，还可以看到内质网和高尔基体可爱的存在。

关心科学大事的人可能记得，2017年的诺贝尔化学奖奖励的是冷冻电镜显微技术的相关成果。王宏伟老师的研究领域正是基于这种技术。生物大分子或者蛋白质分子呈溶液状态，分子在溶液里做运动，如果把一小滴蛋白质溶液放到电镜载网上，两个轻轻一夹，夹层薄薄的水膜非常快碰到液氮，蛋白质的分子就被固定到薄薄的冰里面了，之后拿到投射电子显微镜下观察，让高能电子数穿透每一个分子。王宏伟老师用了一个很形象的比喻：“像X光穿过人的身体一样，高能电子穿透分子，就可以拍摄这个分子的形貌以及它的内部结构信息。”

这种技术让电子显微镜生成原子级分辨率的蛋白质三维图像，相比之前的蛋白质结构解析技术，它能够看清楚大型、复杂和柔性的结构，比如某些膜蛋白（横跨细胞膜等膜结构上的蛋白）。而且，现在我们在冷冻电镜的帮助下，讨论的已经是经常突破 3 的尺度了。

除了理解生命的本质，了解蛋白质等分子的结构从全新的角度帮助人们理解疾病，也让药物研发更有效。比如，研究人员得以更清晰地解析多种病毒结构，包括 HIV、寨卡、埃博拉和C型鼻病毒（呼吸道感染最常见的致病病毒之一）。这些病毒在“行凶”的过程中，其表面的蛋白需要和其他蛋白结合，或者进行构型改变，通常药物研发会找到这个关键的“靶点”，在体外寻找能与之结合的药物小分子把靶点锁住，从而阻断病毒蛋白的行动。而如果了解了蛋白质的结构，就能更好地进行药物分子的结构优化，让制药研发更快、药物更有效。

中国科学家在世界结构生物学领域也有相当好的成绩，清华大学的施一公团队，例如他曾解析了阿尔茨海默氏症相关蛋白结构，对于我们理解发病机理有很重要的意义，药物研发人员也可以利用已知的蛋白质结构，针对性地研究对抗的药物。

在演讲的尾声，还有小朋友最喜欢的动画环节，放的是我们读书时代就开始流传的经典作品《细胞内部之旅》。小朋友们都看得津津有味，此时，我相信我能理解台上王宏伟老师的感受：这个精彩如同动画片一样的视频，这些细节丰富的分子的舞动，包容了跨越几百年、无数科学家、成千上万“微不足道”的研究的成果。未来，我们很可能可以更进一步，抵达现在难以想象的尺度，开启更多优雅的细节。不论何时，视野有界，想象无边。

腾讯连续两年与Science共同推出的《青少年科学看点榜单》经120万青少年参与投票最终得出结果：最受青少年关注的科学突破主题是“人类首张黑洞照片面世“，天文学是大家最喜欢的科学领域。

作为全球唯一一个面向青少年的科学看点榜单，该榜单综合了权威性与关注度，由青少年通过“腾讯看点”平台投票选出20个科学突破主题，Science权威科学编辑联合顶尖科学家最终出炉十大科学看点，并由Science新闻主编Tim Appenzeller在现场揭晓。

今年榜单囊括了天文学、数学物理学、生命科学和化学等四大领域的最新前沿科学突破，一些话题关乎人类对广袤宇宙的探索，例如首张黑洞照片面世，嫦娥四号在月球背面着陆等，有些话题则关乎人类自身，如利用细菌来创造通用血型，利用纳米机器人缩小肿瘤。

“嫦娥”之父欧阳自远先生说：“地球生命经历了38亿年的漫长进化，但却只在最后的200万年才出现了人类智慧。上至光年外的星辰大海，下至夸克度量的微观世界，人类视野因智慧、科技的不断成熟而持续扩张，迸发着蓬勃的希望。”

科学探索的持续性离不开科学精神的传承。值得一提的是，在科学大佬们的科研团队中，已经能看到很多20多岁的年轻面孔。这足以印证，科研的主力军就是青少年，建设少年中国的重任正是落在了今天的青少年肩上。

腾讯科学小会虽自称“小会”，但格局却一点都不小。其创办的价值，就是为了唤起少年们对科学的好奇心，让科学从年轻一代发现，原来学习了解科学也能是一件很潮的事儿。毕竟好奇心就能成为少年的宇宙飞船，让少年们于斗室之中，仍能心游寰宇之内。其实，少年的你也能拥有如宇宙般广阔的思维尺度，年少但志高，发现世界背后一定存在的答案。