梅根·霍尔： 如果没有格尔德·宾宁博士的工作，今天的纳米科学是不可能实现的。他和他的同事发明了第一个可以观察和操作小至原子的物体的工具。
1986年，宾宁博士因设计扫描隧道显微镜而分享了诺贝尔物理学奖，后来在2016年，他因发明原子力显微镜而分享了卡弗里纳米科学奖。这两项发现都对纳米科学产生了变革性的影响。
大众科学定制媒体与卡弗里奖合作，再次联系了格尔德，讨论他的工作如何使我们能够看到和创造那些曾经只存在于我们想象中的事物。
在格尔德·宾宁出现之前，科学家们并不真正了解原子的行为。
格尔德·宾宁： 有很多理论。而且有很多间接方法试图在原子尺度上观察物质。
霍尔： 但没有人能真正看到那些原子。
宾宁： 如果你能观察到原子，你就可以测试你的理论，并且你可以提出新的想法。否则，你完全是盲目的，你不知道你真正要做什么。
霍尔： 所以，格尔德和他的同事着手制造一种机器，使这些观察成为可能。
首先，他们发明了一种叫做扫描隧道显微镜（STM）的东西。它利用电力来创建原子的图像。
宾宁： 它肯定激发了很多人的幻想：现在，你第一次可以观察到任何导电材料的原子结构，而且你也可以四处移动原子并对其进行操作。
霍尔： 虽然格尔德和他的同事因发明扫描隧道显微镜而获得了诺贝尔奖，但他并不满足。
扫描隧道显微镜只能在导电表面上工作。他想创造一种设备，也可以在其他表面上与原子一起工作。
宾宁： 我通过问这个问题来折磨我的大脑。扫描隧道显微镜如此成功，但它又如此受限。所以我折磨我的大脑。然后它一次又一次地提出了合乎逻辑的想法。但它们都很疯狂，行不通。
霍尔： 但格尔德说，当他用逻辑折磨他的大脑时，他的潜意识在后台工作。
宾宁： 它总是跟随我的想法。突然，它吐出了一个解决方案。
霍尔： 这发生在格尔德躺在沙发上，看着他的天花板的时候。
宾宁： 有时你可以看着云，看到一些不存在的东西。你可以看到一匹马或任何东西。我就是这么做的。我看到一个带有尖端和弹簧的悬臂在天花板上。
霍尔： 他看到的东西很像一个唱片播放器：一个悬挂在表面上方的臂，带有一个非常精细的尖端。
宾宁： 它就像一个唱片播放器，唱针简单地沿着表面的轮廓移动。你记录下唱针的这个运动，并从中形成一个图像。在唱片播放器中，你不是形成表面的图像，而是听到音乐，但它与此非常相似。
霍尔： 当然，它并不完全像一个唱片播放器。例如，臂由非常柔软的材料制成，而且它非常小，你几乎用肉眼看不到它。它也可以用尖端拾取原子。
但格尔德新想法的第一个原型确实是从唱片播放器的唱针开始的。
宾宁： 我们拿起锤子，把唱针砸成非常小的碎片。然后，我们从中挑选出一个看起来有点像尖端的小碎片，并把它粘在我们自己制造的一个小悬臂上。
霍尔： 这个带有破碎唱针碎片的微小臂是第一个版本的原子力显微镜（AFM）。它打开了纳米科学的世界。
宾宁： 它真正地激发了许多伟大而聪明的人，他们进一步推动了这项技术的发展。
霍尔： 2016年，格尔德和他的同事因这项发明获得了卡弗里纳米科学奖。
原子力显微镜使科学家们能够观察离子通道的打开和关闭，测试小到看不见的设备，这样的例子不胜枚举。
宾宁： 实际上最让我兴奋的是它的应用范围如此广泛，以至于它被用于如此多的不同领域。甚至用它来开发化妆品，这让我感到惊讶。
霍尔： 一位科学家甚至用原子力显微镜“倾听”蛋白质的展开。
宾宁： 例如，当你展开蛋白质时，力会不断变化。每次都会产生一个脉冲。如果你把它放在扬声器上，它就会发出声音。
霍尔： 真的吗？那么当你展开蛋白质时，它们听起来像什么？
宾宁： 听起来像是他们正在折磨它们。
霍尔： 所以它们在尖叫，像“啊啊啊”？
宾宁： 是的，类似那样。正确 [笑]。
霍尔： 这些天，格尔德退休了。他大部分时间都在和他的孙子孙女玩耍，并写一本关于创造力的书。但他仍然在思考纳米科学的未来。
格尔德说，他正在等待有人使纳米技术能够自我复制。
宾宁： 你如何在小尺度上用原子构建一个结构，然后你复制它并大规模生产它，一次又一次地复制它？而这还没有发生。
霍尔： 但他相信它会实现。格尔德从未回避过看似不可能的问题。
他说，解决方案通常来自你的大脑和你的直觉之间的对话，就像他盯着天花板的那一刻。
宾宁： 如果你处于非常复杂的情况，你不能仅仅通过逻辑思维来解决问题。它太复杂了；解决这个问题需要数年甚至数十年的时间；也许永远不会发生。但是通过直觉，你可以更好地处理复杂情况。
霍尔： 格尔德说，每个人都喜欢谈论灵光乍现的时刻——当一个解决方案最终浮出水面时。
但是所有这些突破都来自一系列小的步骤，在意识和潜意识之间不断切换。正是这种舞蹈推动了真正的创新。
格尔德·宾宁博士是一位德国物理学家，同时也是诺贝尔奖和卡弗里奖得主。在2016年，他与同事克里斯托夫·格伯和卡尔文·奎特共同分享了卡弗里纳米科学奖。
卡弗里奖旨在表彰科学家在天体物理学、纳米科学和神经科学领域的突破。卡弗里奖是挪威科学与文学院、挪威教育与研究部以及美国卡弗里基金会之间的合作伙伴关系。
这项工作由大众科学定制媒体制作，并由卡弗里奖支持完成。