“不可能存在的晶體”顛覆人類的物質觀

　　打破常識的發現
　　以前有關材料學的教科書中都寫到，固體材料分為晶體和非晶體兩種。就拿我們常用的手機來說，手機內的金屬器件是晶體，晶體中的原子按照一定的規律重復排列；而手機的塑料外殼是非晶體，其中的分子或原子排列雜亂無章，沒有特別的規律。那么，有沒有一種固體材料既不是晶體又不是非晶體呢?
　　舍特曼就發現了這樣一種介于晶體和非晶體之間的準晶體。準晶體內部原子的排列很有規律，但是不會重復排列。
　　那么，舍特曼是如何發現準晶體的?這得從29年前的那個春天說起。1982年4月，舍特曼在美國約翰·霍普金斯大學擔任助理教授，他從事的是航空用高強度合金的研究。他在研究一種鋁錳合金時，發現其中的“晶體”有些不守規矩。他拍攝的這種材料的電子衍射照片顯示，這種物質存在10次對稱軸。也就是說，電子衍射照片在旋轉36°(1／10周)后，才能使旋轉前后的照片上的衍射斑點完全重合在一起。
　　100多年來，在涉及晶體結構的相關教科書里明確寫到：“晶體里不存在5次或10次對稱軸。”然而，似乎不可能出現的現象實實在在地出現了。因此，舍特曼對自己拍攝到的照片十分疑惑，還在實驗記錄的“10次”后面打了個問號。
　　一般來說，科學家有了新的發現會十分興奮，甚至會像阿基米德那樣從浴盆里跳出來歡呼。然而，舍特曼一點也不興奮，因為他的新發現違背了“金科玉律”。難道是自己的實驗出現了偏差?舍特曼又重復做了幾次實驗，結論還是一樣。他不但發現了一些固體物質中的10次對稱軸，還發現了5次對稱軸。
　　于是，他認為自己發現了固體物質的第三種形式，那就是除晶體、非晶體之外的準晶體。
　　在他人嘲笑中堅持
　　舍特曼像祥林嫂那樣，見人就描述他的新發現，希望能夠得到他人的支持。然而，沒有人支持他。這事傳到了實驗室主管的耳朵里，實驗室主管大發雷霆，把舍特曼叫進主管辦公室，扔給他一本晶體學教材，并對他說：“你為什么不重新復習一下這本教材?你說的那些是不可能發生的。”
　　為什么人們不相信有準晶體這種材料存在呢?一是因為準晶體內的對稱軸打破了常識，更為重要的是，晶體和非晶體在自然界中隨處可見，而準晶體在自然界中難覓蹤影，人們總是有“眼見為實”的觀念。直到2009年，俄羅斯研究人員才在一條河流的礦物樣本中首次發現了天然準晶體。
　　由于不放棄對準晶體的研究，舍特曼被約翰·霍普金斯大學解雇了。如今校方或許會有些后悔，因為他們不知道當時解雇的是未來的諾貝爾獎得主。
　　在當時，有不少知名科學家對準晶體理論持懷疑態度。在反對者中，反對最激烈、聲望最高的居然是一位兩度獲得諾貝爾獎的科學家。他就是美國著名的化學家萊納斯·鮑林，他曾經獲得1954年諾貝爾化學獎和1962年諾貝爾和平獎。有趣的是，鮑林獲獎成果之一的“共振論”，也是打破了物質結構研究領域的常規，這項理論也曾經遭受非議。
　　好在舍特曼向科學界描述了如何制造準晶體的方法，一些國家的研究人員陸續在實驗室中，以舍特曼描述的方法制造出不同物質的準晶體，有些研究人員還開發出了新的制造方法。1987年，法國和日本科學家制出足夠大的準晶體，可以經由X射線和電子顯微鏡直接觀察到這種晶體。至此，舍特曼的理論才得到科學界的認可。
　　準晶體是特種材料
　　我們都知道，晶體材料和非晶體材料在實際生活和工業生產中應用十分廣泛，那么準晶體材料有實際用途嗎?
　　這種材料本來就是舍特曼研究高強度航空合金材料時發現的，事實證明，準晶體的強度特別大，表面基本沒有摩擦力，不易與其他物質發生反應，不易被氧化而生銹。目前，準晶體作為特種材料開始應用于航空航天、軍事、醫學等領域，用于制造牢固的儀器和武器的部件。作為熱和電的不良導體，準晶體還可用于制作溫差電材料，可把熱能轉換為電能。利用其表面不粘的特性，它也可以用于制作煎鍋表面涂層。
　　舍特曼在得知自己獲得了諾貝爾獎時，用“天崩地裂”來形容自己的欣喜和意外之情，因為他已經習慣了他人多年的嘲笑和排擠。諾貝爾評獎委員會在高度評價舍特曼研究的同時，也對全世界科學家們發出了警告：“即使最偉大的科學家也會陷于傳統藩籬的桎梏中，保持開放的頭腦、敢于質疑現有認知是科學家最重要的品質。”此時，曾經嚴重傷害過舍特曼的鮑林已經謝世17年了，假如他能活到今天，不知道他對諾貝爾評獎委員會的警告作何感想。
　　小鏈接
　　中國三次與諾貝爾科學獎擦肩而過
　　在2011年諾貝爾獎名單公布之前，中國科學家屠呦呦因為發現了青蒿素，獲得了有“諾貝爾獎風向標”之稱的國際醫學大獎——美國拉斯克獎。當時很多人認為，她可能會因此獲得諾獎。但最終的結果是，她無緣2011年的諾貝爾獎。
　　從20世紀30年代開始，中國有許多優秀科學家的科研成果，曾經距離諾貝爾獎非常的接近，但最終沒能進入這個科學界最高的殿堂。
　　20世紀30年代，后來被譽為“中國原子彈之父”的王淦昌在德國做研究，師從著名的女物理學家、柏林大學第一位女教授邁特納。他提出了發現中子的實驗方法，但導師認為沒什么意思，不愿意做這個實驗。后來英國物理學家詹姆斯·查德威克做了相關實驗，結果發現了中子，因此獲得了諾貝爾物理學獎。
　　1965年，中國在世界上首次人工合成了牛胰島素。當時受極“左”思潮的影響，我國拒絕或反對諾貝爾獎，認為那是資產階級以物質刺激辦科學的手段，是為資產階級服務的。1978年9月，楊振寧向鄧小平提出他準備向諾貝爾獎評委推薦，同時，中科院上海生化所王應睞收到瑞典皇家科學院諾貝爾獎化學獎委員會主席B·烏爾姆斯洛姆等6位教授來信，要他在1979年1月31日前推薦1979年度諾貝爾化學獎候選人。后經中國科學院黨組同意，錢三強開始運作。因考慮到美國、聯邦德國在胰島素人工合成方面也取得較好成績，最后以中科院有機化學所鈕經義一人的名義，代表我國參加人工合成胰島素研究的全體人員申請諾獎。最后，1979年度的諾貝爾化學獎頒給美國人布朗和德國人維提希，我國未獲選。1982年，該項成果獲國家自然科學一等獎。
　　另外，中國在1965年還率先提出了夸克模型這一量子色動力學中的關鍵理論，而且，當時提出的關于顏色的概念已經很接近最后的結果。1966年，在北京舉行的一次國際會議上，該成果得到了國內外專家的肯定。但隨之而來的文化大革命使所有的科研工作被迫停止，中國科學家又丟失了一次“沖刺”諾貝爾獎的機