培养这种思维,你的孩子也能得诺贝尔奖(一)

本文节选自达索系统中国大学内部培训《培养这种思维,你的孩子也能获诺贝尔奖》,作者:《升华洞察》冯升华

我从小就很喜欢科学,仔细学习过获得诺贝尔奖的科学家都在研究什么,有时候觉得他们很有趣,也有的时候觉得他们的想法不过如此。当然这是一种错觉,错在我们在拿今天的知识,甚至是常识,去挑战一百年前的科学家怎么这么点儿事情就搞了那么长时间。

那么诺贝尔奖的科学家们一般都是遵循什么思维模式呢?首先是已知的实验结果和各种已知数据去总结规律,找到规律之后进行预言和推理,用新的实验去验证。然后再通过新的知识去打破固有的规律,实现下一步的突破。

说到总结规律,通常大家会第一个想到元素周期表。

培养这种思维,你的孩子也能得诺贝尔奖(一)

现在我们看到的元素周期表大体上是这个样子的。很多人以为这就是门捷列夫做的元素周期表,其实并不是,这个表是苏黎世大学教授Heinrich Werner(海因里希·维尔纳)设计的。称为维尔纳长式周期表。相应的门捷列夫做的元素周期表称为门捷列夫式短表。门捷列夫最初做的元素周期表长成下面这个样子。

培养这种思维,你的孩子也能得诺贝尔奖(一)

门捷列夫命运多舛。13岁时,他父亲因患结核病去世;16岁,他母亲也因患结核病去世。举目无亲又无财产的门捷列夫把学校当作了自己的家。

1869年2月14号,那是星期五早上,门捷列夫三天没睡,一直在想卡片的排列规律,想着想着支撑不住就睡着了,睡着之后,他好像做了一个梦,在梦里他还在玩扑克牌找化学元素的规律,突然,他好像看到一个更完整、圆满的周期表。他兴奋地顾不得睡觉了,赶紧睁开眼,根据记忆把梦里的元素周期表在扑克牌画了出来,并重新摆好了。

再回到诺贝尔奖的话题上,门捷列夫作为1905年诺贝尔化学奖的候选人,但没有获奖,在1906年又以一票之差无缘诺贝尔奖。1907年的时候他就去世了。给诺贝尔奖留下了无法弥补的遗憾。有了元素周期表,门捷列夫就做出了很多的预言,在他绘制的表格中,空位的地方都有新元素。后来的化学家根据门捷列夫的预言制备了这种元素,纷纷获得了诺贝尔奖。

培养这种思维,你的孩子也能得诺贝尔奖(一)

看了元素周期表之后,在你的脑海里会有什么样的问题?比如说,元素周期表到底有没有尽头?

接下来就是思维的突破,我们绝大多数人学会了元素周期表,也就仅仅是学会了,可是偏偏有很多的人,想挑战书里的元素周期表,可以说从门捷列夫发表元素周期表之后,每年都有人提出新的挑战,各种各样形式的元素周期表层出不穷。有螺旋的,塔式的,球形的,地铁线路式的。。。甚至有个网站,叫国际元素周期表数据库,Internet Database of Periodic Tables,专门收集各种形式的元素周期表,已经收集了数千种。

培养这种思维,你的孩子也能得诺贝尔奖(一)

为什么元素周期表不能是三维或者更高维度的呢?仅仅是三维的元素周期表,就有上百种之多。你想不想挑战一下门捷列夫?

这里是我收集的各种语言的元素周期表,

Arabic: الجدول الدوري للعناصر

German: Periodensystem

Esperanto: perioda tabelo de la elementoj

Spanish: Tabla periodica de los elementos

French: tableau périodique des éléments

Japanese: 元素周期表

Korean: 주기율표

Russian: периодическая таблица элементов

Thai: ตารางธาตุของธาตุ

Sinhala: ආවර්තිතා වගුව

培养这种思维,你的孩子也能得诺贝尔奖(一)

中文的元素周期表,里面的汉字都是从哪里来的呢?清代科学家徐寿作为中国近代化学的启蒙者,突出贡献就是把门捷列夫的元素周期表翻译过来,但是俄语中元素名称在当时是找不到合适的汉字的。首先就是要同音字,然后最好就是这个汉字组成能够很好的解释这个元素的特点,而偏旁能够代表这个元素的常态。于是,他想到了明朝皇家的名字。

那么为什么会从明朝朱家家谱中寻找素材呢?朱元璋是贫苦家的孩子,大字不识几个,当了皇帝自然要显得有文化才行。于是,他就让皇家后代都按照五行相生来取名字。朱是大姓不能改,名字的第二个字也要按照辈分走,唯一自由发挥的第三个字,还要按照木生火、火生土、土生金、金生水、水生木这样的五行相生规律来定。

皇帝的妃子多,孩子也多,几代子孙就达几万人,字典里面的字哪里够用啊?于是就不得不费尽心机造字,也就有了元素周期表中的那些字。

人工智能与元素周期表

经过约一个世纪的摸索和尝试,人类科学家才把化学史上的伟大科学成就——元素周期表整理成当前的形式。2018年,美国斯坦福大学的物理学家们开发出一种人工智能程序,只用几个小时就"重新发现"了元素周期表。

项目负责人是斯坦福大学张首晟教授,张首晟等人在美国《国家科学院学报》上报告说,他们基于谷歌公司自然语言处理技术开发出的人工智能程序Atom2Vec,能通过分析一个在线数据库中的多种化合物,学会区分不同的原子,整个学习过程没有人类的干涉。

高熵合金

都说鱼和熊掌不能兼得,但是合金就不一样了。通常一种金属有特别的能力,能否融合多种金属获得鱼和熊掌的能力?以往的合金中主要的金属成分可能只有一至两种,高熵合金(High-entropy alloys)简称HEA,是由五种或五种以上等量或大约等量金属形成的合金。由于高熵合金可能具有许多理想的性质,因此在材料科学及工程上相当受到重视。

培养这种思维,你的孩子也能得诺贝尔奖(一)

接下来的问题是,能不能利用人工智能来找到合适的配比?能不能用人工智能找到合适的高熵合金结晶方式?找到与金刚石结构类似的高熵合金结构。现在已经成为材料科学里面的热点话题。

最后总结一下:总结规律,预言推理,验证规律,打破规律。记住这十六字箴言,你的孩子就具备了拿诺贝尔奖的潜质!


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