刘田宇 高分子科学前沿
安德烈·海姆（Andre Geim）教授广为人知的成就莫过于与康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次成功制备单层石墨烯并表征了它的物理性质。二人因此分享了2010年诺贝尔物理学奖。
（安德烈·海姆和石墨烯模型）
其实，海姆教授在手撕石墨的脑洞之前，早在1997年已报道了用磁悬浮让一只活青蛙练就“轻功”。当时这项成果让同行大吃一惊。据海姆教授团队回忆，当他们将实验结果告知周围同事时，90%的人表示完全不信。该开创性工作于2000年获得搞笑诺贝尔物理学奖。
（磁悬浮青蛙。来源：参考资料[2]）
搞笑诺贝尔奖（Ig Noble Prizes）由《科学幽默杂志》（Annals of Improbable Research）举办，自1991年起每年在生物、物理、化学、医学、文学等领域评出“乍看令人捧腹，随后发人深省”的研究（research that makes people laugh and then think），是对瑞典皇家科学院颁发的“正经”诺贝尔奖的有趣模仿。
（2000年，海姆教授在搞笑诺贝尔奖颁奖晚会上发表获奖感言。图源：Ig Nobel Prizes website）
青蛙何以悬浮？
常识告诉我们，青蛙没有磁性，不能与磁场发生作用。物理学中将这类不具或仅呈现微弱磁性的物质归为抗磁质。抗磁质中分子或原子外的电子对在外加磁场中会产生抵触磁场的斥力。该斥力方向与磁场方向相反，如同两块磁铁同极相斥。所有物质，包括人体，都能不同程度地抵抗外加磁场。
但为什么我们拿着磁铁却感受不到磁铁对我们的排斥呢？因为磁场强度不够大。理论计算表明，一块10厘米长的磁铁要想悬浮起抗磁质，其产生的磁场强度至少要达到约10特斯拉（T，磁场强度单位）。而日常生活中使用的磁铁表面的磁场强度只有~0.5 T。即便是磁性超强的钕磁铁的磁场强度也就1 T左右。因此，日常生活中我们无法感受到明显的斥力。
海姆教授的“武器”
海姆教授当时任职的荷兰奈梅亨大学（University of Nijmegen）的强磁场实验室配有能产生磁场强度高达~500 T的超强电磁铁。抗磁质在如此强的磁场中产生的斥力大到足以平衡物体自身重力，因而悬浮起来。1997年，海姆教授团队发表了用16 T的电磁场托举活青蛙的论文（参考资料[3]）。
（青蛙在强磁场中受力平衡。红色箭头代表磁场方向。图源：mri-q.com）
不仅青蛙，水滴、蚂蚱、草莓、番茄、坚果等抗磁质，只要置于强磁场中合适的位置，使斥力和重力相平衡，统统都能在空气中浮起来。浮起的活物还能在空中“游泳”、翻滚，并在实验后正常存活。
[水滴悬浮]
[蚂蚱悬浮]
[草莓悬浮]
[番茄悬浮]
（以上视频和图片均来自参考资料[2]）
需要指出的是，磁悬浮列车使用的材料是电导体或超导体，与海姆教授研究用的抗磁质不是一类物质。但二者涉及的磁力与重力互相抵消的原理是一致的。
这项研究有什么用？
海姆教授的磁悬浮工作使得在地面、常温下开展微重力研究成为可能。例如，利用这项技术，科学家们无需飞到外太空便能观察晶体在无重力环境下的生长过程。
此外，海姆教授团队使用青蛙、草莓等在大众眼中不怎么“科学”的物品传递了科学研究并非木讷、枯燥、乏味的观点。继搞笑诺贝尔奖后，2010年海姆教授又以手撕石墨制备出单层石墨烯斩获“正经”诺贝尔奖。他不愧是一位把“拿诺奖”当“做游戏”的大师。
后记——海姆教授是首位诺贝尔奖和搞笑诺贝尔奖的双料得主吗？
答：不准确。
据搞笑诺贝尔奖官方网站，荷兰瓦格宁根农业大学（Wageningen Agricultural University）Bart Knols教授以其“脚臭和林堡芝士（一种原产比利时的食物）气味对雌性疟蚊具有同等吸引力”的成果获得了2006年搞笑诺贝尔生物学奖。彼时，Knols教授已于一年前获诺贝尔和平奖。当年诺贝尔和平奖颁给了国际原子能机构，表彰其为反对核武器、维护世界和平所做出的努力。Knols教授那年是国际原子能机构的一员，因而也算拿了个群体奖。
所以，海姆教授应是第一位诺贝尔奖和搞笑诺贝尔奖的 个人 双料得主。
参考资料：
[1] Geim Becomes First Nobel & Ig Nobel Winner, Improbable Research Website, https://www.improbable.com/2010/10/05/geim-becomes-first-nobel-ig-nobel-winner/
[2] Diamagnetic Levitation, High Field Magnet Laboratory website, https://www.ru.nl/hfml/research/levitation/diamagnetic-levitation/
[3] M. V. Berry and A. K. Geim, Of Flying Frogs and Levitrons, Eur. J. Phys. 1997, 18, 307-313.
来源：高分子科学前沿
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