先从这个真实的故事开始。2002年，物理学家王恩哥和美国同行费贝尔曼发生了一场争论——水在金属表面到底能不能自发分解？这场争论没有结论，但让王恩哥隐约感到，沿用近百年的物理理论框架，在面对水时，可能漏掉了什么。
王恩哥在标注物理公式的白板前接受采访
这个念头，最终变成了一条长达25年的研究路线，并拿下了中国基础科学研究的最高荣誉——2025年度国家自然科学奖一等奖。在很多人看来，水是再普通不过的东西，喝下去、洗把脸、冲个澡，谁会在意它里面藏着什么？
但正是这个“最普通”的东西，藏着物理学界最顽固的谜题，也恰恰是解开这个谜题的努力，让王恩哥团队站上了最高领奖台。
硬币的“背面”：被忽略近百年的原子核
1927年，物理学家玻恩和奥本海默做了一个非常聪明的假设：原子核比电子重得多，运动慢得多，干脆把它“冻”住，只考虑电子的量子行为。这就是玻恩-奥本海默近似，此后近100年，它一直是凝聚态物理的理论基石。
这个假设好用吗？非常好用，对绝大多数材料来说，它几乎完美。但问题出在“水”身上。王恩哥曾打过一个形象的比喻：这就像拿着一枚一块钱的硬币远远地看，能根据大小猜出面值，却看不清正反面的文字。
而王恩哥团队要做的，就是把这个硬币翻过来，告诉我们，在原子核这个“背面”上，也刻着重要的信息。
水的特别之处在于，它三分之二的原子是氢原子，这是宇宙中最轻的原子。因为质量极小，氢原子的量子波动性才会异常显著。所以，要真正理解水，就不能只把原子核当成一个静止的“经典粒子”，必须同时考虑电子和原子核的量子行为，这就是“全量子效应”。
看见“看不见”的氢原子
理论方向对了，但要证明它，还需要一双“眼睛”——能看见单个氢原子和单根氢键的仪器。这几乎是不可能的任务，因为氢原子是原子世界里最“飘忽不定”的小家伙，传统显微镜根本抓不住它。
团队核心成员江颖决定另辟蹊径，从零开始自主研发。他用数年时间，原创了一套高阶静电力扫描探针显微技术，硬是造出了世界顶尖的自主仪器。这台仪器的探测灵敏度，比国际最好水平还高出一个数量级，并且实现了完全国产化。
北京大学量子材料科研团队在实验室调试研究设备
有了它，人类历史上第一次“看清”了水分子内部的氢原子，并精确测量出单根氢键的强度。
把“水”的秘密彻底摊开
有了“眼睛”和“头脑”，一系列颠覆性发现接踵而至，每一个都像是一颗深水炸弹。
团队发现，看似微弱的核量子效应，对氢键强度的贡献竟然高达14%，远超室温下的热效应。而且，它起作用的方式非常简洁：弱化弱氢键、强化强氢键。这个规律，让科学家们同时理解了水为什么会有那么多反常的性质。
更惊人的是，他们发现质子在水的氢键网络中，可以四个协同“齐步跳”，打破了沿用200多年的“格罗特斯机制”。他们甚至把全量子效应变成了一个调控物态的“旋钮”，在常压下使二维冰从绝缘体变成了金属——这意味着，向“冰的金属化”乃至超导迈出了重要一步。
为什么是“水”？
王恩哥团队选择“水”作为突破口，绝非偶然。水的秘密，关系到氢能制备、药物分子设计、生命体内蛋白质折叠和酶催化等几乎所有前沿领域。比如，在电解水制氢的过程中，如果不考虑核量子效应，水根本不会分解——这直接关系到未来氢能产业的效率。
25年的坚持，修正了沿用近百年的基础理论，攻破了两个世界级科学难题，还顺带打造了世界顶尖的国产仪器。这就是2025年度国家自然科学奖一等奖的含金量。它奖励的不是一个“热门”方向，而是一个科研团队用四分之一个世纪，把人类对世界最根本的认知，往前推了一小步。
2025年度国家自然科学奖一等奖相关成果展示
这一小步，足以影响未来很多年。
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