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科普好书《第二种不可能:天然准晶的非凡探索》 能找到天然准晶吗

女友说求婚时,我绝对不能用钻戒。因为一来太没新意,实在是老哏;二来在戒指上的钻石似乎没啥用处(难不成用来割玻璃?);三来钻石其实不算稀有,只是被商人炒作而炒高价格;四来,很多钻石的开采和收购很不人道,没听过「血钻石」吗?

钻石,不过是几乎纯的碳元素而已,和石墨、煤炭最大的区别是,钻石中的碳组成了晶体!晶体中每个碳原子都与另外四个相邻的碳原子形成共价键,构成了正四面体,是目前已知最硬的天然物质。钻石除了可以被商人炒作,在工业上可以制作钻探用的探头和磨削工具。我硕士班时也常使用钻石刀来制作在电子显微镜下观察的细胞切片。

既然不能用钻戒,那我该用什么真正名贵的宝石戒指来求婚呢?读了这本精采到不行的科普好书,我恍然大悟,如果能弄到一颗天然的准晶镶在戒指上,那保证绝对举世无双、独一无二!

准晶是介于晶体和非晶体之间的固体,人工制造的准晶是三十五年前才在实验室中被发现的,而天然准晶,也要到十年前才被发现。想到这里,我心里也不禁有点小小的激动!但是,更令人激动的是,这么天才的创意,是“不可能”的!只是不知是否是《第二种不可能:天然准晶的非凡探索》(The Second Kind of Impossible: The Extraordinary Quest for a New Form of Matter)作者保罗.史坦哈特(Paul J. Steinhardt)说的”第二种不可能“?那是根据某些假设才被判定的“不可能”。

为何说不可能呢?因为史坦哈特为了寻找天然准晶的故事,跌宕起伏、峰回路转、柳暗花明!不需要任何对物理、化学、材料科学的爱好和了解,都能在读这本科普好书时,就像读了本精采绝伦的科技惊悚小说一样,令人废寝忘食!

史坦哈特和他的伙伴,早在第一个人工制造的准晶意外被发现前,就提出了准周期的特殊原子排列模型。当以色列材料科学家丹.谢特曼(Dan Shechtman)发现了传统的晶体局限定理无法解释的五重对称绕射图案时,他们的理论能够很好的解释那个“禁忌”的现象,即使遭到德高望重的诺贝尔奖得主鲍林(Linus Pauling, 1901-1994)等科学界大佬的一再质疑和挑战,他们仍愈战愈勇。

后来中央研究院院士蔡安邦教授(1958-2019)在日本东北大学发现了急速冷却制成的样品经过适当的热处理可得到完美的准晶,在最先制作出铝—铜—铁准晶后,他也陆续制作出更多样的准晶。准晶在工业上也开始开发出各种新用途,例如制作耐用的不沾锅。准晶的发现,让谢特曼荣获了诺贝尔化学奖。史坦哈特对此仅是轻轻带过,所以不知他是否有与诺贝尔奖失之交臂的感觉。

然而,科学研究生涯被科学怪才费曼(Richard P. Feynman, 1918-1988)启发的史坦哈特对准晶的痴迷,在书中一览无遗。史坦哈特在宇宙学上早就卓有成就,在普林斯顿大学是地位崇高的爱因斯坦讲座教授,这让他的准晶研究似乎显得有点“不务正业”。

他和长期合作者陆述义(Peter J. Lu)的不务正业,甚至让后者在旅行时,意外地发现了伊斯兰的细密镶嵌也可能有类似的准周期结构,后来他们在伊朗的伊斯法罕(Isfahan)达布伊玛目圣殿(Darb-i Imam)的吉里赫磁砖组成的密铺发现了完美的准周期性,这个发现让他们在顶尖的《科学》期刊(Science)上发表了论文。

在好奇心的不断驱使下,他们开始想像自然界中是否也有可能存在天然的准晶。他和意大利矿物学家卢卡.宾迪(Luca Bindi)开始在博物馆的收藏中疯狂寻找天然准晶,在屡战屡败下仍屡败屡战,结果意外发现一个可能性,尽管仍有些同侪不认同,他们还是诚惶诚恐地发表了该发现。

为了更好地解释那颗准晶的出处,他们四处打听,过程也颇为离奇曲折,精采程度媲美优异的间碟电影。为了寻找更多天然准晶,史坦哈特决定踏上征途!这可不是比喻哦,是道道地地的征途!好不容易得到了匿名赞助者的慷慨资助,他在成功率微乎其微的情况下,组了一个探险长征队,带领多位顶尖科学家,远离他在普林斯顿舒适的办公室到人烟罕至的野外探险。他们打通了各种关系远至俄国管制森严的偏远堪察加半岛,饱受堪察加棕熊、蚊虫、苔原泥沼、天寒地冻的威胁辛勤工作。

史坦哈特等人那次有惊无险的长征,居然意外地让他们发现了许多天文学的祕密!这一切的一切,像是那么不可能的巧合,可是他们不懈的努力和热情,又让一切变得是那种非常不像是真的,可是万一有种看似合理的方法来实现的话,却非常值得追求的事情!

相信他们里程碑式的工作,会让更多天然准晶被发现的,揭发更多我们连想都不曾想过的大自然奥祕。

不过我还是醒醒吧,先别找到一颗天然准晶才求婚⋯⋯