張潔+白玉磊

準(zhǔn)晶體，打破常識的發(fā)現(xiàn)

在科學(xué)界承認(rèn)謝赫特曼的那個驚人發(fā)現(xiàn)之前，有關(guān)材料學(xué)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(jī)來說，手機(jī)內(nèi)的金屬器件是晶體，晶體中的原子按照一定的規(guī)律重復(fù)排列；而手機(jī)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(guī)律。那么，有沒有一種固體材料既不是晶體又不是非晶體呢？謝赫特曼就發(fā)現(xiàn)了這樣一種介于晶體和非晶體之間的準(zhǔn)晶體。準(zhǔn)晶體內(nèi)部原子的排列很有規(guī)律，但是不會重復(fù)排列。

那么，謝赫特曼是如何發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體的？這得從30多年前的那個春天說起。1982年4月，謝赫特曼在美國約翰·霍普金斯大學(xué)擔(dān)任助理教授，從事的是航空用高強(qiáng)度合金的研究。他在研究一種鋁錳合金時，發(fā)現(xiàn)其中的“晶體”有些不守規(guī)矩。他拍攝的這種材料的電子衍射照片顯示，這種物質(zhì)存在10次對稱軸。也就是說，電子衍射照片在旋轉(zhuǎn)36°（1/10周）后，才能使旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)的相關(guān)教科書里明確寫著：“晶體里不存在5次或10次對稱軸?！?然而，似乎不可能出現(xiàn)的現(xiàn)象實實在在地出現(xiàn)了。因此，謝赫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(xué)家有了新的發(fā)現(xiàn)會十分興奮，甚至?xí)癜⒒椎履菢訌脑∨枥锾鰜須g呼。然而，謝赫特曼一點也不興奮，因為他的新發(fā)現(xiàn)違背了“金科玉律”。難道是自己的實驗出現(xiàn)了偏差？謝赫特曼開始重復(fù)自己的實驗，多次重復(fù)之后，結(jié)論還是一樣。他不但發(fā)現(xiàn)了一些固體物質(zhì)中的10次對稱軸，還發(fā)現(xiàn)了5次對稱軸。

在他人嘲笑中堅持下來

懷著種種疑惑，謝赫特曼像祥林嫂那樣，見人就描述他的新發(fā)現(xiàn)，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(fā)雷霆，把謝赫特曼叫進(jìn)主管辦公室，扔給他一本晶體學(xué)教材，并對他說：“你為什么不重新復(fù)習(xí)一下這些教材？你說的那些是不可能發(fā)生的?！?/p>

為什么人們不相信有準(zhǔn)晶體這種材料存在呢？一是因為準(zhǔn)晶體內(nèi)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(zhǔn)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(fā)現(xiàn)了天然準(zhǔn)晶體。

盡管沒有人支持謝赫特曼，他還是認(rèn)為自己發(fā)現(xiàn)了固體物質(zhì)的第三種形式，那就是除晶體、非晶體之外的準(zhǔn)晶體。由于不放棄對準(zhǔn)晶體的研究，謝赫特曼被約翰·霍普金斯大學(xué)解雇了。如今校方或許會有些后悔，因為他們不知道當(dāng)時解雇的是未來的諾貝爾獎得主。

謝赫特曼懷著灰暗的心情離開了美國，回到自己攻讀學(xué)士、碩士和博士的母校以色列理工學(xué)院。母校以博大的胸懷接納了他，并聘請他做教授。謝赫特曼還在母校找到了一個得力的助手，他們經(jīng)過一年多的研究，于1984年發(fā)表了一篇描述制造準(zhǔn)晶體的具體方法論文。這篇論文的發(fā)表是十分艱難的，因為當(dāng)時學(xué)術(shù)界并不接納準(zhǔn)晶體這個概念，他們最終把論文發(fā)表在一本二流學(xué)術(shù)期刊上。而且，這篇論文仍舊沒有打消一些知名科學(xué)家對準(zhǔn)晶體理論的疑問。

在反對者中，反對最激烈、聲望最高的是一位兩度獲得諾貝爾獎的科學(xué)家。他就是美國著名的化學(xué)家萊納斯·鮑林，他曾經(jīng)獲得1954年諾貝爾化學(xué)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(zhì)結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域的常規(guī)，這項理論也曾經(jīng)遭受非議。鮑林曾經(jīng)在一場新聞發(fā)布會上說：“謝赫特曼在胡說。沒有準(zhǔn)晶體這種東西，只有準(zhǔn)科學(xué)家?！庇捎邗U林在國際化學(xué)界影響很大，他給謝赫特曼“準(zhǔn)科學(xué)家”的稱謂不脛而走。多年以后，謝赫特曼的一些朋友還拿這個稱號來打趣他。

要成就一項新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，需要能夠重復(fù)相關(guān)的實驗，否則就是無稽之談。好在謝赫特曼向科學(xué)界描述了如何制造準(zhǔn)晶體的方法，一些國家的研究人員陸續(xù)在實驗室中，以謝赫特曼描述的方法制造出不同物質(zhì)的準(zhǔn)晶體，有些研究人員還開發(fā)出了新的制造方法。1987年，法國和日本科學(xué)家制出足夠大的準(zhǔn)晶體，可以經(jīng)由X射線和電子顯微鏡直接觀察到這種晶體。至此，謝赫特曼的準(zhǔn)晶體理論才得到科學(xué)界的認(rèn)可。

從發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體，到終于得到主流科學(xué)界的認(rèn)可，再到因此榮獲諾貝爾獎，謝赫特曼經(jīng)歷了漫長的時間，當(dāng)問及是什么讓他頂住重重壓力堅持自己的觀點時，他告訴記者，“對此我并不在意，我深信自己是對的，他們是錯的。我是一個實驗型的科學(xué)家，我做了大量的實驗，結(jié)果證明我是對的，然后我就可以非常自信地告訴別人就是這樣的。如果你想要推翻我，那就請你再做一遍，用事實告訴我到底是哪里出錯了，是實驗方法不對，還是計算方法有誤，而不是單純地用書上的理論知識?！?/p>

現(xiàn)在的人們也許只看到了謝赫特曼最終的成就，卻忘了當(dāng)年為了維護(hù)自己的發(fā)現(xiàn)，他在實驗室里究竟重復(fù)了多少遍實驗。

準(zhǔn)晶體的未來應(yīng)用會更廣闊

我們都知道，晶體材料和非晶體材料在實際生活和工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，那么準(zhǔn)晶體材料有實際用途嗎？

謝赫特曼告訴記者，準(zhǔn)晶體是一種很好的熱和電的不良導(dǎo)體，非常堅固，表面基本沒有摩擦力，不易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，不易被氧化生銹，所以最實際的應(yīng)用就是用它制作不粘鍋的表面涂層，非常好用。另外，許多光學(xué)儀器、醫(yī)學(xué)器材、化工材料、電子材料都在使用準(zhǔn)晶體的合金，比如說，鑒于其具備的“強(qiáng)化”特性，準(zhǔn)晶體材料可應(yīng)用于制造眼外科手術(shù)微細(xì)針頭、刀刃等硬度較高的工具?！拔蚁嘈盼磥硭鼘⒈贿\(yùn)用得更廣泛。”謝赫特曼如此說。

他教了27年的“科技創(chuàng)業(yè)精神課”

謝赫特曼不僅是一位成就斐然的科學(xué)家，而且是一位科學(xué)教育工作者。在演講中，謝赫特曼反復(fù)強(qiáng)調(diào)，科學(xué)要從娃娃抓起，幼兒園的孩子就行，因為小孩子是非常聰明的，那些物理、化學(xué)知識，他們完全能聽得懂，

據(jù)他透露，在以色列有一檔他主持的電視節(jié)目，就是給孩子們普及科學(xué)知識，每天不止播放一遍，孩子隨時隨地都可以叫家長放給他們看。謝赫特曼告訴記者：“如果從娃娃起就開始教授他們相關(guān)的科學(xué)以及工程方面的知識，他們可能就會從小熱愛這個行業(yè)，長大之后也會很樂意從事工程以及科學(xué)的相關(guān)工作，這對國家來說是相當(dāng)好的。”

在以色列，全國的幼兒園都設(shè)有科學(xué)的相關(guān)課程，而他們到了高中階段就開始接受創(chuàng)業(yè)教育，理工科、醫(yī)學(xué)類高校和職業(yè)技校更是如此。謝赫特曼認(rèn)為，不管哪個國家的創(chuàng)新力教學(xué)都應(yīng)該從娃娃開始，從年輕人抓起，至少在高中階段就要開始教。

在過去27年里，謝赫特曼不僅自己親自經(jīng)營科技公司，更鼓勵化學(xué)、物理、工程學(xué)背景的大學(xué)生在學(xué)習(xí)之余進(jìn)行創(chuàng)業(yè)。他在以色列理工學(xué)院一直教授一門課程——“科技創(chuàng)業(yè)精神課”，培養(yǎng)創(chuàng)造型企業(yè)家，也培養(yǎng)企業(yè)家型學(xué)者，把創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)有機(jī)結(jié)合在一起，為以色列成為“創(chuàng)業(yè)的國度”立下汗馬功勞。

謝赫特曼在大學(xué)開設(shè)這門課程時，為了給學(xué)生樹立一個榜樣，他計劃把這門課當(dāng)成一個運(yùn)營項目來運(yùn)作。為了將自己的課程推廣出去，謝赫特曼打電話給學(xué)生會，告訴他們自己即將開設(shè)這門新課程，不是為了大學(xué)開設(shè)的，而是為了他們的未來設(shè)置的，很多人起初都不理解，但最終謝赫特曼還是說服了他們，并把課程發(fā)布在大學(xué)的雜志中，就這樣打起了小廣告：“想要成為企業(yè)家嗎？該怎么做呢？那好……就來參加這門課程吧！”同時附上了課程的詳細(xì)介紹。本來這門課只有600個名額，最后來了800多個學(xué)生，有些人不得不坐在走廊上，要知道，別的課能來50個人就很不錯了，而他的課程從第一天開課就很成功，直到現(xiàn)在也是如此。

在這門課上，謝赫特曼還會請很多特邀嘉賓來演講。受邀的一般是三種人，一種是成功的企業(yè)家，特別是那些從一無所有的窮小子到億萬富翁的典型，一種是新型企業(yè)的創(chuàng)業(yè)者，還有一種是各種專業(yè)人士，比如律師、金融家。這些人把他們自己成功的案例教給更多的年輕人，告訴年輕人如何獲得人生第一桶金、如何開展市場調(diào)研、如何把東西賣出去、如何營造企業(yè)文化，甚至包括失敗的經(jīng)歷等。

通過這些演講者分享的創(chuàng)業(yè)故事，學(xué)生們能了解到創(chuàng)業(yè)所需的各種技能。

記者在采訪中了解到，謝赫特曼曾經(jīng)的一位學(xué)生，現(xiàn)在已經(jīng)是一家市值1.04億美元的電腦軟件開發(fā)公司的老板，同時也是他的客座演講者之一。所以謝赫特曼對與會者說，如果你是一名老師，把科學(xué)家、工程師這樣的演講者請到學(xué)校，告訴學(xué)生們他們的創(chuàng)業(yè)經(jīng)驗，這樣的投資是長線的，但是很有必要。