《完美的對稱：富勒烯的意外發(fā)現(xiàn)》，[英]巴戈特著，李濤、曹志良譯，上海科技教育出版社，1999

劉鈍

1985年9月的某一天，英國蘇塞克斯大學的克羅托即將結束在德州賴斯大學的短期訪問，行前邀請幾位美國同事參加一個告別晚餐。餐桌上的話題只有一個：由60個碳原子構成的原子簇C60存在嗎？如果存在的話其結構是什么樣的？克羅托和受邀者們在餐巾紙上描畫著不同的立體圖形，結果莫衷一是。

在過去一年多的時間里，克羅托與賴斯大學的柯爾、斯莫利等人致力于一類大型碳分子結構的探索，他們的實驗團隊利用斯莫利發(fā)明的一臺團簇發(fā)生器，檢測出了C60和一些類似碳原子簇的微波信號，這些信號與克羅托通過射電望遠鏡在某些太空區(qū)域捕捉到的信號高度相似。問題是，這么多的碳原子是怎樣結合在一起形成一種穩(wěn)定結構的？人們自然會想到碳元素最常見的兩種形態(tài)石墨與金剛石，其中石墨系由眾多呈六邊形排列的碳原子層疊構成，可否將一個具有六邊形基本結構的大網(wǎng)彎曲起來（通過壓力、溫度的變化或摻入雜質）構成一個球狀物呢？一開始，克羅托他們都是按照這一思路去思考的。不過在當天的晚餐上，他突然想起自己蘇塞克斯家里的一個硬紙板玩具，那是當年為兒子買的星穹模型，隱約記得上面除了六邊形還有五邊形。

回到臨時借居的柯爾家，克羅托再次想起那個玩具，猶豫著是否要給妻子打個電話，讓她數(shù)一數(shù)那個星穹上是否剛好有60個頂點。柯爾勸他不要攪醒夫人的好夢，此時英國那邊剛剛黎明，再說哪里會有這么巧的事情。

出席晚餐的另一位結構化學家希思和妻子也沒閑著，在回家途中的一家雜貨鋪里，他們買了一袋小熊膠糖和牙簽，回到家就迫不及待地搭起模型來：用小熊代表碳原子、牙簽代表鏈接鍵，先擺出一個與石墨基本結構類似的六邊形，然后努力嘗試搭出一個封閉結構來，但是無論如何都無濟于事。

斯莫利動手能力最強，回到家里先在計算機前忙乎了一陣，仍然一籌莫展。之后他干脆拿出筆、紙、剪刀和膠水，做起兒童手工來。他先剪出一些全等的正六邊形，然后邊對邊地粘合起來，試圖拼出一個封閉的球狀結構，最終他意識到這是不可能的。此時午夜已過，斯莫利卻越發(fā)沒有睡意。他從冰箱里掏出一瓶啤酒，杯酒下肚后突然想起克羅托說的玩具模型來——對，為什么不試一下五邊形？他又制作了一堆同樣邊長的正五邊形，重新忙乎起來。他從一個五邊形開始，在其每條邊上粘上一個六邊形，這個紙質的結構很容易地向上彎曲成一個碗狀。此時斯莫利受到鼓舞，隱約感覺這種組合是可以重復的。接著他在碗形結構的邊緣間隔地添加了5個五邊形和5個六邊形，從而形成一個半球狀的東西。然后他繼續(xù)添加更多的五邊形和六邊形，并始終保持著每個五邊形的周圍有五個六邊形的模式，最終拼出了一個近似球體的完美多面體結構來。數(shù)一數(shù)共有12個正五邊形和20個正六邊形。沒錯，這應該就是C60的結構！

第二天早上，斯莫利帶上他的杰作前往大學，在路上用電話通知所有的團隊成員到辦公室來。當他把那個熬夜拼接成的紙球扔到咖啡桌上的時候，所有人都驚呆了?？肆_托確認自己家中的星穹模型就是這個模樣，行事謹慎的柯爾開始檢驗模型上的每個碳原子是否滿足成鍵條件，最終大家一致認定這就是他們要找的一種全新的碳分子結構。

如此完美對稱的東西數(shù)學家不會不知道，斯莫利想到應該給數(shù)學系主任維科打個電話，在描述了這個模型的構造之后，電話那邊傳來維科的祝賀，不過最后他說：“孩子們，你們所發(fā)現(xiàn)的，就是一個足球?。　逼鋵嵢绻缫恍┱埥虜?shù)學家，這些化學家們可能會少走點彎路，因為根據(jù)多面體的歐拉公式，完全由六邊形組成的凸多面體是不存在的。

一經點破，眾人哭笑不得。是的，一個現(xiàn)代足球就是由20塊（白色）六邊形和12塊（黑色）五邊形球皮縫制而成，它正好有60個頂點。希思興沖沖地跑到附近的體育商店抱回一個真正的足球，說來也巧，這一天恰好是他的生日。經過一番討論，眾人決定采納克羅托的建議，將這種新分子命名為“富勒烯”，因為美國建筑師富勒關于網(wǎng)格穹頂?shù)脑O計方案曾為他們的討論提供了靈感。

賴斯小組的貢獻不止是發(fā)現(xiàn)了足球狀富勒烯C60的存在并確定了它的結構，而是開啟了一個“球狀化學結構”研究的全新方向。C60只是龐大的富勒烯家族中的一種，越來越多的富勒烯被發(fā)現(xiàn)或在實驗室里制造出來，富勒烯及其衍生物在超導、納米材料、“大碳結構”設計、病毒學中獲得了廣泛應用，對于宇宙演化理論也提供了有力的支持。1996年，克羅托、柯爾和斯莫利由于富勒烯的發(fā)現(xiàn)榮獲諾貝爾化學獎。

所有這些，都是《完美的對稱》一書中講述的故事。