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將兩顆葡萄放進微波爐里加熱，會引發爆炸？一條科普短影片引起了南京金陵中學胡馨元、餘星瑤、陳昭融三名高中同學的興趣。
“我們一開始並不相信。但老師告訴我們，這是一種物理現象，（實驗）成功的話就會出現炫酷的等離子火花。”餘星瑤說。
於是，這個由葡萄引發的科學現象，成了三名同學的研究課題。經過實驗研究、理論分析，他們交出了一份關於“葡萄的等離子現象”的科學論文，在剛剛落下帷幕的第十四屆丘成桐中學科學獎比賽（以下簡稱“比賽”）中斬獲物理金獎。
長期以來，人們印象裡的中學生總是揹著大書包，在學校和家的兩點一線中穿梭，似乎只知道埋頭學習。如今，一些中學生在生活中思考科學問題，邁出了探索未知世界的步伐，在晦澀的學術世界中，他們正在用自己的觀察和思考點亮一個又一個火花。
玩轉“小生活”背後的“大科學”
“兩顆葡萄引發的科學問題”並沒有那麼簡單。在確立這一研究目標後，三名“科研工作者”經歷了無數次的失敗。
“一開始，我們買了臺微波爐，買了一些葡萄就準備做實驗了。結果發現總是不成功，因為我們不知道微波爐要調到什麼樣的溫度，也不知道葡萄之間要間隔多遠。”胡馨元說。
要達到實驗的效果，就連葡萄的選擇也有門道，甚至盛放葡萄的器皿，兩個葡萄之間的距離都需要精確計算。在物理老師的指導下，三名同學的“科研路”距離成功越來越近。
終於有一天，理想中的等離子火花出現了，三個人激動得大叫起來。胡馨元回憶道，“從開始到實驗成功，我們用了幾個月的時間。實驗和探索的過程非常有趣，經常是切葡萄、量尺寸、調微波爐、錄影片、觀察現象，不知不覺就是一整天。”
實驗成功並不代表課題的完成，在這之後，同學們又開始緊鑼密鼓地查資料、寫論文。最終，三名同學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際部高三學生劉翼鶴的注意。
從初中開始，他就留意生活用品回收的問題。“我觀察到，一般的小區可能會有回收廢品的地方，但是很少有回收舊衣物的地方。這些舊衣物怎麼才能再利用呢？我查閱了很多資料，向很多相關老師諮詢，後來想到用一種化學方法將廢舊衣物進行迴圈利用，讓它們變為‘新衣服’。”劉翼鶴說。
研究的過程需要大量的實驗和理論學習，從高二開始，劉翼鶴把自己所有的課餘時間都用在了這一課題上。“甚至沒有了刷手機的時間。”他笑著說。
最終，這項名為“透過化學方法回收廢舊滌綸織物”的研究奪得了比賽化學銀獎。劉翼鶴表示，目前獲獎的只是其階段性成果，他的下一步目標是申請專利並爭取量產，“未來，我也希望自己可以在化學或生物的道路上繼續學習。”
在社會問題中交出“中學生方案”
在社會問題中，一些中學生不僅善於發現問題，還試著用自己學到的知識解決問題。
來自北京師範大學實驗中學的曾韻霏是一個自帶“國際範兒”的女孩。從初中起，她就參與學校裡的“模擬聯合國”，關注全球氣候變化問題。最近，她更是將研究角度聚焦到當下熱門的電動車領域。
“上了高中後，我開始和老師學習一些有關綠色經濟的問題，後來我們家正好要買車，我瞭解到了關於電動車的有關政策。一些電動車價格便宜是因為有政府補貼。但我認為這不是一個長久之計，未來應該用別的方式幫助電動車適應市場，真正推動環境保護和綠色發展。”曾韻霏說。
於是，曾韻霏開始學習相關政策背景、數學和經濟學理論等多方面的知識，歷時幾個月，最終完成了一篇名為《稅收政策和碳排放額度：傳統內燃機車管制理論》的論文，並奪得了比賽經濟金融建模金獎。
這兩年，新冠肺炎疫情打亂了很多人的生活節奏，來自山東省實驗中學的解天佑深有體會。
“我的媽媽在齊魯醫院工作。疫情發生時，他們醫院有很多醫生去武漢支援。我在聊天中發現了一個問題，醫院和隔離區需要大量的消殺工作。這項工作，機器人作業總是比人工作業要安全一些。”解天佑說。
那麼，如何實現機器人代替人工進行消殺呢？
解天佑發現，目前很多機器人的硬體是比較完善的，但軟體系統還有提升的空間。機器人在進行消殺工作時，應該去哪些房間，如何進行路線規劃，都需要一個高效的軟體進行排程安排。
“這裡面有兩個問題，一個是最佳化排程問題，一個是路徑規劃問題。”解天佑說。
說幹就幹，解天佑和同學劉至理一起，利用自己學習的計算機知識，為這些機器人設計模擬路線軟體。
這並沒有那麼容易。劉至理髮現，自己曾經學過的程式設計軟體並不能滿足設計需求。
“我們在學校學的是Java，但能實現我們想法的是Python，因此我們需要重新學習。我們一邊問老師同學，一邊在網上學習教學影片，終於把這個軟體做出來了。”劉至理說。
最終，兩人合作完成的《隔離病區多消殺機器人作業最佳化排程與路徑規劃》獲得了比賽計算機類銀獎。兩名同學表示，在抗擊疫情的過程中，每個人都在貢獻自己的力量，作為學生，他們同樣希望可以用自己學到的知識，為抗疫作出一些貢獻。
在科學世界裡熠熠發光
談及自己的研究專案，來自華南師範大學附屬中學的劉子灝說出的內容讓人“不明覺厲”：“我提出了素數定理一個新的證明方法。利用在積分下取微分的方式來處理logζ(s)在s=1處的留數積分，這是一個更加直接的素數定理解析證明。”
這篇論文從提出問題到完成只花了一個星期的時間，但在這之前，劉子灝在解析數論領域已有一年多的學習、探索和積累。從去年6月起，他就先後閱讀了不少國際知名數學家的著作。
“在學習過程中，我發現前人對素數定理的證明都使用切比雪夫函式作為工具。好奇心驅使我尋找其他方法。”劉子灝說。
在某內容平臺上，劉子灝將自己整理的《讀懂黎曼猜想》系列文章陸續發表出來，他本人也成為該平臺“大V”，擁有3萬粉絲。
今年4月的一個晚上，劉子灝在教室做數學推導，突然靈感閃現，找到了這個證明素數定理的新方法。他在網上初步搜尋，發現此前尚未有人使用過這一方法，緊接著他又進行了更大規模的文獻檢索，最終確定這是一種新方法。
“於是我用一週時間寫成了論文，之後請一位解析數論教授審閱，獲得認可。知網查重的結果是0重複率，這也讓我對工作的原創性充滿信心。我還把論文投給了2021年國際數學與應用數學國際會議期刊，並被錄用。”劉子灝說。
總決賽時，劉子灝的方法引起了清華大學數學科學中心主任丘成桐院士的注意。
“丘先生問我，對黎曼猜想研究中的數值方法是否瞭解？一年以來我在解析數論領域裡閱讀了諸多文獻，我感覺自己回答得很好。”劉子灝說。
獲獎後，這些熠熠發光的“科學少年”並沒有停下自己前進的腳步。
劉至理說：“一開始，我最感興趣的是數學，解天佑最感興趣的是物理。高中以後，我們發現，無論什麼學科，計算機都是一個非常棒的工具。未來，我們都會往計算機方向繼續深造。”
曾韻霏表示，這次的研究只是一個階段性成果，她也將就這一研究深化下去，完善變數和函式。未來，曾韻霏打算出國深造，她的目標是美國斯坦福大學。
“我非常關心氣候變化、低碳經濟與綠色發展。此次獲獎向我們傳遞了科學家對全球氣候變化的高度重視。希望越來越多的中學生關心環境保護，學習相關知識，為社會作出貢獻。”曾韻霏說。
來源：中國青年報
