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返朴

生于贫民区，师从费米，她凭这项研究改变了世界！

返马娅·温斯托克约 8 分钟

由纳米级的碳管、碳丝和碳片制成的所有电子产品，都要归功于先锋研究者米尔德里德·德雷斯尔豪斯（Mildred Dresselhaus，下称米莉）。

她开创性地奠定了石墨、碳纳米管等碳科学领域的物理基础，推动一个又一个新学科的发展，获得了包括恩里科·费米奖、科维理奖在内的多个物理学重磅奖项，三次为诺贝尔奖的发现铺平道路。她是当之无愧的“碳女王”（Queen of Carbon Science）。

全世界的碳科技巨头们，一定都曾深情回望这位开创者，就像曾经的米莉仰望她的导师费米。

米莉在芝加哥大学物理系读博期间师从费米，不断向物理世界的深处和远处探寻。用她自己的话说，她从导师处学会了如何表述物理问题，如何思考物理，如何解决问题，以及如何提出自己的问题，她也学会了如何“像物理学家一样思考”，如何成为一名优秀的教师与引导者。

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撰文 | [美]马娅·温斯托克
1942年12月2日下午，在芝加哥大学的前斯塔格球场西看台下方的壁球场上，数十位科学家目睹了这样一幕：一个巨大的墨黑碳堆成为历史上不可磨灭的一部分。经过多年的理论研究，以及充分的材料准备，大约4万块、总重量约400吨高度纯净的石墨被小心翼翼地放置在壁球场角落里一个精心设计的晶格结构中。晶格结构里还提前放了1.9万块二氧化铀和金属铀。科学家们当时的实验目标是：证明人类能创造出一种可控的裂变反应，一种可以释放出自由能的连续原子分裂链。
下午3点25分，在仪式主持人、芝加哥大学教授恩里科·费米的指示下，最后一组镉控制棒被小心翼翼地从反应堆中取出，世界上第一个可控的、自我维持的核反应成功开始运行。费米是参与美国“曼哈顿计划”的杰出物理学家之一，出生于意大利，在1938年获得诺贝尔奖之后，他和犹太裔妻子劳拉一起逃离了纳粹政权的统治，来到美国。就像几十万年前人类对火的利用一样，这个实验标志着一个全新时代的到来，在这个时代，人类突然有能力控制一种极其强大的自然力量，无论是出于善意还是破坏性的目的。
在那次实施核反应实验的11年后，随着核时代的深入推进与冷战升温，23岁的米莉成了享誉全球的芝加哥大学物理系的一名新生。那时许多在“曼哈顿计划”期间具有影响力的研究人员已经离开这里，寻找其他机会去了。然而，费米和其他杰出科学家都还在，包括诺贝尔奖得主哈罗德·尤里 (Harold Urey)和玛丽亚·格佩特·迈耶（作为寄宿生，米莉与他们一起住了一年），还有1942年裂变演示时唯一在场的女性，当时仍在从事教学工作的物理学家莉比。芝加哥大学物理系仍然在全球范围内享有盛誉，具有顶级的科研水平。
那时芝加哥大学物理系的规模还很小，作为那年仅有的十几个新生之一，米莉也获得了一定的关注。事实证明，她也是该系唯一一名女生。然而，尽管获得了“富布赖特项目”的奖学金，又取得了硕士学位，但米莉还是觉得自己在开始攻读博士学位时没有做好充分的准备。这主要是因为她的高中教育水平不如人意，在剑桥大学卡文迪许实验室和哈佛大学所获得的机会也不充裕。因此，从开始博士阶段的学习时，她就重温了在亨特学院附属高中时用的课本，并在系里找到了一堆以前的试卷，将试题翻来覆去做了个遍，直到觉得自已能跟上进度为止。
尽管米莉增加了这些练习，但对于一年级的新生来说，这些博士课程还是太难了，有大约3/4的物理学专业学生最后都退出了该系。但米莉从后来成为她的另一位伟大导师——费米那里，获得了意想不到的帮助。
米莉与费米结识于他的课堂上。这位镇定自若的物理学家不仅在原子弹的研发方面，而且在战后的粒子物理学研究方面都取得了重大进展。在他的量子力学课堂上，米莉逐渐了解这位大师的教学风格，他很有耐心、具有启发性和开放性。费米用一种被米莉称为“顿挫”的声音——带着点口音，缓慢、从容又熟练地将复杂的主题提炼出来，让在场的学生都能理解。费米喜欢将概念分解为本质，与那些专注于自己的科研工作，从而对教学没什么耐心的教授不同，费米珍惜通过向别人讲述自己对物理概念的理解来复习这些知识点的机会。在这一点上，他显然很有天赋。对于费米讲解量子力学细节的方式，米莉解释道：“任何一个年轻人在听他的讲座时，都觉得自己理解了其中的每一个字。”
这位杰出的物理学家讲课时思路清晰的关键一点是，他禁止学生们做笔记。费米要求学生们在听课时全神贯注，因此在讲课前，他会准备好手写笔记分发给学生们，以免他们忍不住拿出笔或计算尺。在2001年的一次采访中米莉说道；“令人印象深刻和无比神奇的是，无论主题是什么，他的讲座都令人感到非常兴奋。”
然后是作业，虽然学生们总是很难搞定，不过一旦他们搞懂了，就会很开心受到启迪。在每节课结束时，费米都会提出一个看似很简单的问题，作为下节课之前的练习。这些问题包括：为什么天空是蓝色的？为什么太阳和恒星会发出光谱？还有一个著名的问题，芝加哥有多少个钢琴调音师？2012年在接受美国能源部所颁发的恩里科·费米奖终身成就奖时，米莉说道：“回家之前，你会以为这些问题很简单。”这类问题被称为“费米问题”。如今世界各地的学校都会教授这个问题，从幼儿园一直到研究生课程都会涉及。这类问题被作为案例，说明如何在不知道所有相关参数（似乎也是必要参数）的情况下，以估计和三角测量的方式来探索答案。而在米莉上学时，她只知道对这些问题的解答下节课要交，不到一两天就是截止日期，他们往往会花很多的精力来计算。米莉说：“我认为，我们从他那里学到了许多东西，包括物理问题的表述，如何思考物理，如何解决问题，以及如何提出自己的问题。”
事实上，在整个职业生涯中，米莉都很感谢费米，认为是他教会了自己如何“像物理学家一样思考”。费米的天赋让他在理论和实验方面都表现出色。米莉常说，费米体系背后的一个关键概念在于独立研究。研究生们应当或多或少地独立思考，独立撰写与发表论文，无须来自更资深教师的指导。这要求他们彼此合作，对物理学有广泛的理解，再将其应用于自己想要研究的课题上。
费米与学生的联结不只是在课堂上，他是出了名的那种与年轻人频繁互动的教师，是少有的将学生融入自己个人生活的资深教师，这一点广为人知。费米的一名研究生、物理学家杰伊·奥里尔(Jay Orear)在纪念他的导师的书中提到：“自由与学生交往，平等对待他们，这并不会让他有失身份。事实上，我认为与一些年长的同事相比，他更享受与年轻的物理系学生相处。”
对米莉来说，这种融合从她上学的路上就开始了。她和费米住的地方很近，两人都起得很早，每天早上都沿着埃利斯大道步行去实验室。在2007年的一次口述史采访中，米莉这样回忆道：“我早上起来后第一件事就是跟他一起去上课。我在步行前往学校的路上会遇到他。他会穿过街道跟我一起走。这只是非常友好的一个小举动，却让我记了很久，难以忘怀。”
根据米莉的说法，每次他们见面时，费米总会选择要讨论的话题，而且总能激励她。2013年，她提到：“我是一个非常害羞的年轻人，不会想到主动向费米提出话题。他总会问类似于‘如果这个、这个和这个是真的会怎么样？如果我们能做到这一点，会不会很有趣？我们能学到什么？’这样的问题。”
众所周知，费米和他的妻子劳拉每个月都会在家里举办晚宴，之后会一起跳舞，而且他们总是会邀请学生们来参加。费米的一名研究生、物理学家哈罗德·阿格纽 (Harold Agnew) 在费米去世后发表了一篇纪念文章，其中写道："他在芝加哥的房子顶层有一个很大的房间，他会邀请学生过来跳方块舞。”
2012年，米莉说道：“我对那些晚宴印象很深，费米是一位非常出色的意大利厨师。但除了烹饪，真正更让我们喜爱的是那个家庭里的氛围和亲切感——这是更重要的东西。”在米莉后来的职业生涯中，这个“更重要的东西”一直激励着她，让她努力在实验室、集体午餐和家里所举行的活动中，为自己的学生营造一种家的氛围，模糊学生和教授之间的界限，以使志趣相投的彼此更好地享受精神上的陪伴。
米莉和费米的相伴仅持续了一年。费米在生命中的最后一年，得知自己患上了一种无法治愈的胃癌，这可能是由他早期工作时暴露在辐射中所导致。1954年11月28日，费米去世了，但他给米莉留下了一生都难以忘怀的回忆。米莉一直牢记着费米带给她的影响，尤其是在公共服务和学生指导方面。
2001年，米莉这样说道：“费米对美国的物理教学产生了最为深远的影响……我们的研究生课程也深受他的教学风格的影响。”后来她补充道：“从他身上，我学到了我们不必在每个领域拔尖，但可以利用自己的理解去发现其他人可能忽略的联系。”借助费米的研究生教学体系，米莉获得了广泛的物理学与科学知识。在她的整个职业生涯中，这些知识在许多方面都对她帮助很大，包括那几次她不得不做出重大方向调整，却又对将涉足的相关领域几乎没有了解，还得担任国家所促成的研究项目领导人时。
不过总体来说，米莉从费米那里所学到的最重要的一课，就是她明白了如何成为一名优秀的教师与引导者。2012年，她解释道：“年轻人最需要的是对自己能够取得成功充满信心，这就是我在做的事情。我带学生的时候，会确保他们能够提出并解决自己的问题。如果他们来找我，向我求助，我会帮忙。我会确保他们受到了下一份工作需要的训练。我一直觉得费米和雅洛对我的职业发展很关注，我对我的学生也给予了同样的关注。”
本文转载自微信公众号“世界科学”，节选自湛庐文化出品的科学家传记《碳女王的科学幻想曲》。这是纳米科学奠基人米莉的首部中文传记，记录了她从纽约贫民区的普通女孩成长为“碳女王”的传奇故事。

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