將兩顆葡萄放進(jìn)微波爐里加熱，會(huì)引發(fā)爆炸?一條科普短視頻引起了南京金陵中學(xué)胡馨元、余星瑤、陳昭融三名高中同學(xué)的興趣。

　　“我們一開始并不相信。但老師告訴我們，這是一種物理現(xiàn)象，(實(shí)驗(yàn))成功的話就會(huì)出現(xiàn)炫酷的等離子火花。”余星瑤說。

　　于是，這個(gè)由葡萄引發(fā)的科學(xué)現(xiàn)象，成了三名同學(xué)的研究課題。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)研究、理論分析，他們交出了一份關(guān)于“葡萄的等離子現(xiàn)象”的科學(xué)論文，在剛剛落下帷幕的第十四屆丘成桐中學(xué)科學(xué)獎(jiǎng)比賽(以下簡(jiǎn)稱“比賽”)中斬獲物理金獎(jiǎng)。

　　長(zhǎng)期以來，人們印象里的中學(xué)生總是背著大書包，在學(xué)校和家的兩點(diǎn)一線中穿梭，似乎只知道埋頭學(xué)習(xí)。如今，一些中學(xué)生在生活中思考科學(xué)問題，邁出了探索未知世界的步伐，在晦澀的學(xué)術(shù)世界中，他們正在用自己的觀察和思考點(diǎn)亮一個(gè)又一個(gè)火花。

　　玩轉(zhuǎn)“小生活”背后的“大科學(xué)”

　　“兩顆葡萄引發(fā)的科學(xué)問題”并沒有那么簡(jiǎn)單。在確立這一研究目標(biāo)后，三名“科研工作者”經(jīng)歷了無數(shù)次的失敗。

　　“一開始，我們買了臺(tái)微波爐，買了一些葡萄就準(zhǔn)備做實(shí)驗(yàn)了。結(jié)果發(fā)現(xiàn)總是不成功，因?yàn)槲覀儾恢�道微波爐要調(diào)到什么樣的溫度，也不知道葡萄之間要間隔多遠(yuǎn)。”胡馨元說。

　　要達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果，就連葡萄的選擇也有門道，甚至盛放葡萄的器皿，兩個(gè)葡萄之間的距離都需要精確計(jì)算。在物理老師的指導(dǎo)下，三名同學(xué)的“科研路”距離成功越來越近。

　　終于有一天，理想中的等離子火花出現(xiàn)了，三個(gè)人激動(dòng)得大叫起來。胡馨元回憶道，“從開始到實(shí)驗(yàn)成功，我們用了幾個(gè)月的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)和探索的過程非常有趣，經(jīng)常是切葡萄、量尺寸、調(diào)微波爐、錄視頻、觀察現(xiàn)象，不知不覺就是一整天。”

　　實(shí)驗(yàn)成功并不代表課題的完成，在這之后，同學(xué)們又開始緊鑼密鼓地查資料、寫論文。最終，三名同學(xué)的成果從比賽中脫穎而出。

　　在日常生活中，舊衣物無處不在，這引起了北京二中國(guó)際部高三學(xué)生劉翼鶴的注意。

　　從初中開始，他就留意生活用品回收的問題。“我觀察到，一般的小區(qū)可能會(huì)有回收廢品的地方，但是很少有回收舊衣物的地方。這些舊衣物怎么才能再利用呢?我查閱了很多資料，向很多相關(guān)老師咨詢，后來想到用一種化學(xué)方法將廢舊衣物進(jìn)行循環(huán)利用，讓它們變?yōu)?lsquo;新衣服’。”劉翼鶴說。

　　研究的過程需要大量的實(shí)驗(yàn)和理論學(xué)習(xí)，從高二開始，劉翼鶴把自己所有的課余時(shí)間都用在了這一課題上。“甚至沒有了刷手機(jī)的時(shí)間。”他笑著說。

　　最終，這項(xiàng)名為“通過化學(xué)方法回收廢舊滌綸織物”的研究奪得了比賽化學(xué)銀獎(jiǎng)。劉翼鶴表示，目前獲獎(jiǎng)的只是其階段性成果，他的下一步目標(biāo)是申請(qǐng)專利并爭(zhēng)取量產(chǎn)，“未來，我也希望自己可以在化學(xué)或生物的道路上繼續(xù)學(xué)習(xí)。”

　　在社會(huì)問題中交出“中學(xué)生方案”

　　在社會(huì)問題中，一些中學(xué)生不僅善于發(fā)現(xiàn)問題，還試著用自己學(xué)到的知識(shí)解決問題。

　　來自北京師范大學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)的曾韻霏是一個(gè)自帶“國(guó)際范兒”的女孩。從初中起，她就參與學(xué)校里的“模擬聯(lián)合國(guó)”，關(guān)注全球氣候變化問題。最近，她更是將研究角度聚焦到當(dāng)下熱門的電動(dòng)車領(lǐng)域。

　　“上了高中后，我開始和老師學(xué)習(xí)一些有關(guān)綠色經(jīng)濟(jì)的問題，后來我們家正好要買車，我了解到了關(guān)于電動(dòng)車的有關(guān)政策。一些電動(dòng)車價(jià)格便宜是因?yàn)橛姓�府補(bǔ)貼。但我認(rèn)為這不是一個(gè)長(zhǎng)久之計(jì)，未來應(yīng)該用別的方式幫助電動(dòng)車適應(yīng)市場(chǎng)，真正推動(dòng)環(huán)境保護(hù)和綠色發(fā)展。”曾韻霏說。

　　于是，曾韻霏開始學(xué)習(xí)相關(guān)政策背景、數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)理論等多方面的知識(shí)，歷時(shí)幾個(gè)月，最終完成了一篇名為《稅收政策和碳排放額度：傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)車管制理論》的論文，并奪得了比賽經(jīng)濟(jì)金融建模金獎(jiǎng)。

　　這兩年，新冠肺炎疫情打亂了很多人的生活節(jié)奏，來自山東省實(shí)驗(yàn)中學(xué)的解天佑深有體會(huì)。

　　“我的媽媽在齊魯醫(yī)院工作。疫情發(fā)生時(shí)，他們醫(yī)院有很多醫(yī)生去武漢支援。我在聊天中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問題，醫(yī)院和隔離區(qū)需要大量的消殺工作。這項(xiàng)工作，機(jī)器人作業(yè)總是比人工作業(yè)要安全一些。”解天佑說。

　　那么，如何實(shí)現(xiàn)機(jī)器人代替人工進(jìn)行消殺呢?

　　解天佑發(fā)現(xiàn)，目前很多機(jī)器人的硬件是比較完善的，但軟件系統(tǒng)還有提升的空間。機(jī)器人在進(jìn)行消殺工作時(shí)，應(yīng)該去哪些房間，如何進(jìn)行路線規(guī)劃，都需要一個(gè)高效的軟件進(jìn)行調(diào)度安排。

　　“這里面有兩個(gè)問題，一個(gè)是優(yōu)化調(diào)度問題，一個(gè)是路徑規(guī)劃問題。”解天佑說。

　　說干就干，解天佑和同學(xué)劉至理一起，利用自己學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)知識(shí)，為這些機(jī)器人設(shè)計(jì)模擬路線軟件。

　　這并沒有那么容易。劉至理發(fā)現(xiàn)，自己曾經(jīng)學(xué)過的編程軟件并不能滿足設(shè)計(jì)需求。

　　“我們?cè)趯W(xué)校學(xué)的是Java，但能實(shí)現(xiàn)我們想法的是Python，因此我們需要重新學(xué)習(xí)。我們一邊問老師同學(xué)，一邊在網(wǎng)上學(xué)習(xí)教學(xué)視頻，終于把這個(gè)軟件做出來了。”劉至理說。

　　最終，兩人合作完成的《隔離病區(qū)多消殺機(jī)器人作業(yè)優(yōu)化調(diào)度與路徑規(guī)劃》獲得了比賽計(jì)算機(jī)類銀獎(jiǎng)。兩名同學(xué)表示，在抗擊疫情的過程中，每個(gè)人都在貢獻(xiàn)自己的力量，作為學(xué)生，他們同樣希望可以用自己學(xué)到的知識(shí)，為抗疫作出一些貢獻(xiàn)。

　　在科學(xué)世界里熠熠發(fā)光

　　談及自己的研究項(xiàng)目，來自華南師范大學(xué)附屬中學(xué)的劉子灝說出的內(nèi)容讓人“不明覺厲”：“我提出了素?cái)?shù)定理一個(gè)新的證明方法。利用在積分下取微分的方式來處理logζ(s)在s=1處的留數(shù)積分，這是一個(gè)更加直接的素?cái)?shù)定理解析證明。”

　　這篇論文從提出問題到完成只花了一個(gè)星期的時(shí)間，但在這之前，劉子灝在解析數(shù)論領(lǐng)域已有一年多的學(xué)習(xí)、探索和積累。從去年6月起，他就先后閱讀了不少國(guó)際知名數(shù)學(xué)家的著作。

　　“在學(xué)習(xí)過程中，我發(fā)現(xiàn)前人對(duì)素?cái)?shù)定理的證明都使用切比雪夫函數(shù)作為工具。好奇心驅(qū)使我尋找其他方法。”劉子灝說。

　　在某內(nèi)容平臺(tái)上，劉子灝將自己整理的《讀懂黎曼猜想》系列文章陸續(xù)發(fā)表出來，他本人也成為該平臺(tái)“大V”，擁有3萬粉絲。

　　今年4月的一個(gè)晚上，劉子灝在教室做數(shù)學(xué)推導(dǎo)，突然靈感閃現(xiàn)，找到了這個(gè)證明素?cái)?shù)定理的新方法。他在網(wǎng)上初步搜索，發(fā)現(xiàn)此前尚未有人使用過這一方法，緊接著他又進(jìn)行了更大規(guī)模的文獻(xiàn)檢索，最終確定這是一種新方法。

　　“于是我用一周時(shí)間寫成了論文，之后請(qǐng)一位解析數(shù)論教授審閱，獲得認(rèn)可。知網(wǎng)查重的結(jié)果是0重復(fù)率，這也讓我對(duì)工作的原創(chuàng)性充滿信心。我還把論文投給了2021年國(guó)際數(shù)學(xué)與應(yīng)用數(shù)學(xué)國(guó)際會(huì)議期刊，并被錄用。”劉子灝說。

　　總決賽時(shí)，劉子灝的方法引起了清華大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)中心主任丘成桐院士的注意。

　　“丘先生問我，對(duì)黎曼猜想研究中的數(shù)值方法是否了解?一年以來我在解析數(shù)論領(lǐng)域里閱讀了諸多文獻(xiàn)，我感覺自己回答得很好。”劉子灝說。

　　獲獎(jiǎng)后，這些熠熠發(fā)光的“科學(xué)少年”并沒有停下自己前進(jìn)的腳步。

　　劉至理說：“一開始，我最感興趣的是數(shù)學(xué)，解天佑最感興趣的是物理。高中以后，我們發(fā)現(xiàn)，無論什么學(xué)科，計(jì)算機(jī)都是一個(gè)非常棒的工具。未來，我們都會(huì)往計(jì)算機(jī)方向繼續(xù)深造。”

　　曾韻霏表示，這次的研究只是一個(gè)階段性成果，她也將就這一研究深化下去，完善變量和函數(shù)。未來，曾韻霏打算出國(guó)深造，她的目標(biāo)是美國(guó)斯坦福大學(xué)。

　　“我非常關(guān)心氣候變化、低碳經(jīng)濟(jì)與綠色發(fā)展。此次獲獎(jiǎng)向我們傳遞了科學(xué)家對(duì)全球氣候變化的高度重視。希望越來越多的中學(xué)生關(guān)心環(huán)境保護(hù)，學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，為社會(huì)作出貢獻(xiàn)。”曾韻霏說。(記者 葉雨婷)

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