WLA科学家说㉒ | 优秀电气工程学士，曾赤脚修理插电洗衣机，但最后拿的是化学诺奖
编者按：
2014年的诺贝尔化学奖被三位科学家因“开发出超分辨率荧光显微镜”而共同获得。此前，我们介绍了其中一位得主、世界顶尖科学家协会（WLA）会员斯特凡·黑尔（戳这里跳转）的生平轶事，今天带来的则是另一位得主、WLA会员、美国国家科学院院士威廉·莫纳（William Moerner）的成长经历。
多次参加世界顶尖科学家论坛（WLF）的他认为，“在现代世界中，大多数令人兴奋的新进展都发生在化学、生物和物理的边界之间”。而奉行着“永远好奇，在已知的边界去探寻未知”的他，在去年第三届WLF上，还提出了结合超分辨率荧光显微技术和冷冻电子断层扫描技术，以助力生物医学工程领域的奇妙想法。他认为，这些技术本身都有优缺点，荧光成像能够在活细胞中进行，但其研究对象可能不足；而冷冻电子断层扫描图像中，无法获得灰色部分的具体信息，但两者的结合，可以照亮特定区域，为研究提供一个新视野。
威廉·莫纳参加世界顶尖科学家论坛 图 | WLF
全面开花，德智体美劳
莫纳于1953年6月24日出生在加州旧金山湾区东部城市普莱森顿 (Pleasanton)的帕克斯(Parks )空军基地。当时，他的父亲因患猩红热而在那里接受治疗。六周后，随着父亲病愈，他回到了父母所在德克萨斯州圣安东尼奥的家。
莫纳非常聪明，自诩“聪明绝顶”。但他睿智的父母并没有因此而溺爱他，而是告诉他接受教育和努力学习的重要性。“仅仅聪明是不够的，你还必须全面发展。”莫纳记得，身为高中英语教师的母亲经常教育他的一句话就是，“懒惰是魔鬼的工作室”。
威廉·莫纳的父母 图 | nobelprize.org
1957年，随着苏联人造卫星成功发射，人民对科学更为崇尚，公众对数学更为重视，国家对科学研究的支持也有所增加。在这样的大环境下，刚刚入学的莫纳也对科学产生了兴趣。
一年级时，他收到了父母送收音机套件，在拆拆装装中，他愈发喜欢上了科学研究。“我未来对电子学的兴趣就是从这个时候开始的。”他回忆道。
三年级时，由于眼睛近视厉害，父亲给他买了一副眼镜。戴上眼镜的一刹那，看着呈现在眼前的崭新世界，他再次感受到了科学的魅力。而四年级时，在一张基于带有空单元格的工作表中，他用一种新方法，快速找出了一个函数并填充了空单元格，令老师和同学们大为赞赏，这让他开始意识到自己对数学的天赋。待到上中学时，他对学校开设的化学、生物学、物理学等科学课程都表现了浓厚的兴趣，成绩也非常好。
学习各门功课之余，他还学会了演奏单簧管和巴松管等管弦乐，参加了学校的数学俱乐部、俄语俱乐部、棒球队、足球队、辩论队，并担任文学杂志编辑，遇到集会活动时，他还会热心为舞台工作组服务。
由于多才多艺、全面发展，高中毕业时，莫纳还作为学校的优秀毕业生代表，代表全年级980多名学生作了毕业致辞。
享受科学，在错误中学习
除了参加学校的各种组织和活动外，莫纳也喜欢在家里帮助父亲修理汽车等东西。不过，他也犯过很多愚蠢的错误。
例如，有次，父子俩在给车换油时，莫纳认真地完成了各项步骤，却惟独忘记了最重要的滤芯更换；
还有一次，他竟赤脚修理插电的洗衣机，当他后来知晓其危险程度时，自己也被吓了一跳；
最好笑的是，他有些“不好意思地承认”，在一次研究机油粘度的科学实验中，需要对不同油做精确测量，而他竟然通过吸管用嘴去吸这些机油，这也相当危险——尽管这个实验为当时八年级的他赢得了科学展大奖。
威廉·莫纳赢得了八年级的科学展大奖
图 | nobelprize.org
对于莫纳的荒诞之举，父亲不但没有责备，还看中他在科学上的潜力，给他在自家后院配备了“实验室”。该“实验室”是父亲从军事盈余物资中获得的钢结构箱式小棚屋。刚拿来时，小屋高度不足以莫纳在内直立身子，于是父亲便和他一起建造了一个木制的垂直延伸结构，并在上面安装了推出式窗户，用于通风和提升空间高度。
在这个实验室里，有时他会在《化学实验金皮书》指引下，做许多有趣的实验，包括简单的酸/碱反应、金属粉末燃烧和PH值测定等；有时，他一边看父亲购买的《无线电元素》等书籍，一边拆弄废旧电视机，把电容器、电阻器、二极管和线圈等一个个元件逐一分类——后来，他通过进一步学习，还获得了业余无线电许可证。
父亲的宽容和支持，给了莫纳更大胆研究的动力。回顾这些在错误中成长的经历，莫纳认为，真正的学习是在不断尝试和犯错中达成的，从错误中吸取教训，才能继续前进。
1970年，从初中升高中的那个夏天，他还参加了路易斯安那州新奥尔良洛约拉（Loyola）大学的国家科学基金会学生科学培训项目。
“这个项目涵盖了电子学、化学动力学和计算机科学，非常令人振奋。”莫纳说，培训时他除了在教室上课、在实验室做实验外，还到附近的许多炼油厂和研究中心进行实地考察，“这个培训，是培养我多学科兴趣的开端，为我未来的研究兴趣奠定了基础，我非常享受培训中度过的每一分钟。”
因祸得福，本科获三学位
高中毕业后，莫纳预修了一些大学课程，随后接受学校辅导员建议，申请了朗斯多夫（Langsdorf）工程奖学金，来到密苏里州圣路易斯的华盛顿大学学习。当时，华盛顿大学是少数几所为优秀学生提供全额学费奖学金的大学之一。
这是莫纳人生的一个重要转折点。在这里，他体验了多姿多彩的大学生活，学习了富有启发性和挑战性的电气工程专业课程，对线性系统、微波和通信理论产生了浓厚的兴趣。学习中，他结识了很多友好的竞争对手，还加入了一个精彩的工科学生社区，进一步拓展了在数学与科学方面的兴趣。
期间，虽然美国在为越南战争进行最后一次征兵，但由于莫纳的重度近视，“因祸得福”地没有让学业中断。他又选修许多数学和物理等课程，学习了“高级微积分”和量子力学。
莫纳说，“高级微积分”比较高深，刚开始学习时，十分具有挑战性。不过，坚持闯完这一关后就豁然开朗了，“随后的线性代数，微分方程，复变量和群论，我都学得非常愉快。”
更让莫纳愉快的是，华盛顿大学一些课程的学分可以共享。由于此前预修了一些大学课程，正式入学后又选修了大量其它课程，让莫纳在1975年大学毕业时，能获取三个优秀学位：优秀物理学理学士、优秀电气工程理学士和优秀数学学士。他还获评了该校的Ethan A. H. Shepley奖。
威廉·莫纳参加世界顶尖科学家论坛 图 | WLF
甘于寂寞，研究“超镜”获得诺奖
大学毕业后，莫纳选择到康奈尔大学（Cornell University）继续深造，于1978年和1982年获得了物理学硕士学位和博士学位。1981年秋天完成619页的博士论文后，莫纳加入加利福尼亚州圣何塞的IBM物理研究部担任研究员，跟随几位顶级激光光谱学家和化学家，共同推进一些跨学科研究项目。其中包括在1989年，首次对固体中的单个分子进行了光学探测和光谱分析。
后来，IBM公司出现了变动，辗转多年后，他于2002年担任斯坦福大学化学系教授，继续集中精力，潜心于单分子成像、光谱学、诱捕以及生物物理学、纳米光子学和材料等相关领域的研究。
在漫长的研究中，莫纳第一个探测到了单个荧光分子，并发现单个荧光分子对于光的反射，会像眨眼一样，非常有意思地一开一合。而在开合之间，莫纳第一个确定了荧光分子的中心位置。其中的原理，如同一个放有手电筒的树枝一样，能让人们在手电筒光反复开合中，看到树枝的形状，摸清楚树的轮廓。
此后，借助荧光分子的帮助，莫纳开创性地将光学显微成像技术的极限拓展到了1纳米，开发出了超分辨率荧光显微镜，并据此获得了2014年诺贝尔化学奖。
威廉·莫纳和他的家人 图 | nobelprize.org
这样一个显微镜，看似与普通老百姓没有什么关系，但其应用非常广泛，如在帕金森、老年痴呆、癌症等疾病预防和治疗上。由于它能对活细胞进行超高分辨率的成像，因此能帮助医生更清楚地观察到病毒单分子特性，作出更准确的判断，并对症下药。
吃苦耐劳，未来中国会有更多诺奖
“中国人很勤奋，工作时间也很长，接受的教育质量很高，如果他们能够更多发现科学的乐趣并享受这个过程的话，可能会帮助他们取得更好的成就。”莫纳认为，在屠呦呦获得诺贝尔奖后，未来会有越来越多的中国科学家获得诺奖。
结合自己获得诺奖的经历，他觉得，对科学的好奇心和热情最重要：“好奇心和热情的能量非常大，它能够驱动一个人每天不知疲惫去做研究，也能激发一个人的潜能日复一日坚持研究。”
莫纳也提醒，做科学研究要甘于寂寞。因为有的研究可能要经过相当长一段时间才能展现出价值。“比如我自己，我是做单分子研究的，而30年之前，在低温的状况下，人们不知道如何探测单分子，且人们也不知道我研究出单分子探测技术之后到底有什么样的影响，但后来随着这项技术的发展，人们越来越多应用这种思维和技术，我才获得了诺贝尔奖。”
特约撰稿 罗永元
作者 冬青子
排版 杨 周
责任编辑 羽 华
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