培養這種思維,你的孩子也能得諾貝爾獎(一)

本文節選自達索系統中國大學內部培訓《培養這種思維,你的孩子也能獲諾貝爾獎》,作者:《昇華洞察》馮昇華

我從小就很喜歡科學,仔細學習過獲得諾貝爾獎的科學家都在研究什麼,有時候覺得他們很有趣,也有的時候覺得他們的想法不過如此。當然這是一種錯覺,錯在我們在拿今天的知識,甚至是常識,去挑戰一百年前的科學家怎麼這麼點兒事情就搞了那麼長時間。

那麼諾貝爾獎的科學家們一般都是遵循什麼思維模式呢?首先是已知的實驗結果和各種已知數據去總結規律,找到規律之後進行預言和推理,用新的實驗去驗證。然後再通過新的知識去打破固有的規律,實現下一步的突破。

說到總結規律,通常大家會第一個想到元素週期表。

培養這種思維,你的孩子也能得諾貝爾獎(一)

現在我們看到的元素週期表大體上是這個樣子的。很多人以為這就是門捷列夫做的元素週期表,其實並不是,這個表是蘇黎世大學教授Heinrich Werner(海因裡希·維爾納)設計的。稱為維爾納長式週期表。相應的門捷列夫做的元素週期表稱為門捷列夫式短表。門捷列夫最初做的元素週期表長成下面這個樣子。

培養這種思維,你的孩子也能得諾貝爾獎(一)

門捷列夫命運多舛。13歲時,他父親因患結核病去世;16歲,他母親也因患結核病去世。舉目無親又無財產的門捷列夫把學校當作了自己的家。

1869年2月14號,那是星期五早上,門捷列夫三天沒睡,一直在想卡片的排列規律,想著想著支撐不住就睡著了,睡著之後,他好像做了一個夢,在夢裡他還在玩撲克牌找化學元素的規律,突然,他好像看到一個更完整、圓滿的週期表。他興奮地顧不得睡覺了,趕緊睜開眼,根據記憶把夢裡的元素週期表在撲克牌畫了出來,並重新擺好了。

再回到諾貝爾獎的話題上,門捷列夫作為1905年諾貝爾化學獎的候選人,但沒有獲獎,在1906年又以一票之差無緣諾貝爾獎。1907年的時候他就去世了。給諾貝爾獎留下了無法彌補的遺憾。有了元素週期表,門捷列夫就做出了很多的預言,在他繪製的表格中,空位的地方都有新元素。後來的化學家根據門捷列夫的預言製備了這種元素,紛紛獲得了諾貝爾獎。

培養這種思維,你的孩子也能得諾貝爾獎(一)

看了元素週期表之後,在你的腦海裡會有什麼樣的問題?比如說,元素週期表到底有沒有盡頭?

接下來就是思維的突破,我們絕大多數人學會了元素週期表,也就僅僅是學會了,可是偏偏有很多的人,想挑戰書裡的元素週期表,可以說從門捷列夫發表元素週期表之後,每年都有人提出新的挑戰,各種各樣形式的元素週期表層出不窮。有螺旋的,塔式的,球形的,地鐵線路式的。。。甚至有個網站,叫國際元素週期表數據庫,Internet Database of Periodic Tables,專門收集各種形式的元素週期表,已經收集了數千種。

培養這種思維,你的孩子也能得諾貝爾獎(一)

為什麼元素週期表不能是三維或者更高維度的呢?僅僅是三維的元素週期表,就有上百種之多。你想不想挑戰一下門捷列夫?

這裡是我收集的各種語言的元素週期表,

Arabic: الجدول الدوري للعناصر

German: Periodensystem

Esperanto: perioda tabelo de la elementoj

Spanish: Tabla periodica de los elementos

French: tableau périodique des éléments

Japanese: 元素週期表

Korean: 주기율표

Russian: периодическая таблица элементов

Thai: ตารางธาตุของธาตุ

Sinhala: ආවර්තිතා වගුව

培養這種思維,你的孩子也能得諾貝爾獎(一)

中文的元素週期表,裡面的漢字都是從哪裡來的呢?清代科學家徐壽作為中國近代化學的啟蒙者,突出貢獻就是把門捷列夫的元素週期表翻譯過來,但是俄語中元素名稱在當時是找不到合適的漢字的。首先就是要同音字,然後最好就是這個漢字組成能夠很好的解釋這個元素的特點,而偏旁能夠代表這個元素的常態。於是,他想到了明朝皇家的名字。

那麼為什麼會從明朝朱家家譜中尋找素材呢?朱元璋是貧苦家的孩子,大字不識幾個,當了皇帝自然要顯得有文化才行。於是,他就讓皇家後代都按照五行相生來取名字。朱是大姓不能改,名字的第二個字也要按照輩分走,唯一自由發揮的第三個字,還要按照木生火、火生土、土生金、金生水、水生木這樣的五行相生規律來定。

皇帝的妃子多,孩子也多,幾代子孫就達幾萬人,字典裡面的字哪裡夠用啊?於是就不得不費盡心機造字,也就有了元素週期表中的那些字。

人工智能與元素週期表

經過約一個世紀的摸索和嘗試,人類科學家才把化學史上的偉大科學成就——元素週期表整理成當前的形式。2018年,美國斯坦福大學的物理學家們開發出一種人工智能程序,只用幾個小時就"重新發現"了元素週期表。

項目負責人是斯坦福大學張首晟教授,張首晟等人在美國《國家科學院學報》上報告說,他們基於谷歌公司自然語言處理技術開發出的人工智能程序Atom2Vec,能通過分析一個在線數據庫中的多種化合物,學會區分不同的原子,整個學習過程沒有人類的干涉。

高熵合金

都說魚和熊掌不能兼得,但是合金就不一樣了。通常一種金屬有特別的能力,能否融合多種金屬獲得魚和熊掌的能力?以往的合金中主要的金屬成分可能只有一至兩種,高熵合金(High-entropy alloys)簡稱HEA,是由五種或五種以上等量或大約等量金屬形成的合金。由於高熵合金可能具有許多理想的性質,因此在材料科學及工程上相當受到重視。

培養這種思維,你的孩子也能得諾貝爾獎(一)

接下來的問題是,能不能利用人工智能來找到合適的配比?能不能用人工智能找到合適的高熵合金結晶方式?找到與金剛石結構類似的高熵合金結構。現在已經成為材料科學裡面的熱點話題。

最後總結一下:總結規律,預言推理,驗證規律,打破規律。記住這十六字箴言,你的孩子就具備了拿諾貝爾獎的潛質!


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