《完美的对称-富勒烯的意外发现》·巴戈特·文字版.pdf

序 化学被认为是一门成熟的科学。 大凡成熟的科学，往往比较保守，甚至有点陈腐、僵化，缺少新鲜 内容。它已经不大会给人带来什么真正的惊喜了。你如果无缘接触化学 前沿所遇到的那种种自然奥秘，甚至会觉得它有点枯燥乏味。 撇开炼丹术士们的贡献不谈，化学作为一门实验科学，其辉煌的历 史可以一直上溯到大约 300年前。甚至对那些在前沿之外工作的科学家 而言，这 300年来积累起来的大量知识和经验都是举足轻重的。科学家 们希望在化学世界里能找到值得玩味的新现象，希望能证实那些他们认 为已经理解的东西，或者说为他们的那些偏见寻找进一步的说明。但这 300年来形成的悠久传统无疑也是一个沉重的历史包袱，化学家们不愿去 想象他们所理解的世界和真实的世界之间还会有什么本质的差别。他们 不愿看到那些无法纳入已有框架的东西。 直到真正发生了什么不同寻常的事，科学家们才从先前那种固步自 封、自鸣得意的迷梦中惊醒过来，意识到自己并未真正地理解一切。说 得更深刻些，他们并未理解现实存在的世界。现在，问题已不单单是凑 个答案拟合一下曲线，或者是检验一下什么理论了，他们碰到的是真正 的不解之谜。科学再次获得了新生，因为，答案只能引起人们一时的兴 趣，而只有那些疑问才能持久地拨动人们的心弦。 1966年，空心石墨“气球”的提法——科普周刊《新科学家》为其 读者提供的这则消遣，不过是一种有趣的遐想而已。这类杂志现在你已 经很难在专家们的案头找到了。如果你当时问起他们，他们会漫不经心 地对你说：这些遐想确实动人，甚至在理论上也是可能的，但如果你想 在实验室里制备它，那简直是天方夜谭。他们会说：“我们懂，在这方 面我们是专家。” 但就在大约20年后，一群美国和英国的科学家却作出了一项令人震 惊的意外发现。他们看到，在强烈的激光脉冲辐照下，由碳的原子和离 子所构成的极度混乱的等离子体中会自发地形成一种他们认为具有完美 球形结构的分子——一个正好由60个碳原子组成的足球状分子。这还仅 仅是个开头。这种被称之为巴克明斯特富勒烯的分子只不过是一大类全 新的空心笼状分子中的一个。这一切听起来简直就像一群玩弄英文单词 的猴子无意中拼出了一部莎士比亚的剧作一样让人难以置信。 一些科学家对此深表怀疑，但到了1990年，当一群物理学家——物 理学家！——宣称用他们无意中找到的一个办法可以制备出看得见摸得 着的富勒烯及其相关物的时候，一切怀疑便烟消云散了。几乎就在一夜 之间，数不清的百科全书以及有关碳的物理、化学和材料科学的教科书 都变得过时了。碳的基本形态不是两种，而是三种：金刚石、石墨以及 新发现的富勒体。 试想，如果金刚石是在明天发现，那么这个世界会是个什么样子。 在这个假想的世界里，我们既没有金刚石切割工具，也没有订婚钻戒。 一群不那么讲究实用主义的科学家完全凭想象推测出了金刚石那完美的 结构，即碳原子的正四面体排列！——甚至算出了如果它真的存在的话 会有些什么性质。而碳化学以及材料科学界那些传统观念根深蒂固的专 家们却对此大不以为然，认为这些想法尽管动听，但与真实的世界风马 牛不相及。到明天一早，你瞧，他们的传统世界将被翻个底朝天。 当然，这只是想象。人类早在几千年前就已经认识了金刚石，而且 很难想象，一个拥有20世纪现代科学的世界怎么会忽视它的存在。但是， 对于富勒烯而言，现代科学大半个20世纪来确实未能揭示它的存在。 令人吃惊的消息还在不断涌现。到1994年，“三维”富勒烯化学（以 及生物化学）已经羽翼丰满。一类新的高温有机超导体得以发现，它的 许多性质改写了原有的纪录。新的大尺度碳结构不断被揭示出来——其 中也包括1966年提出的奇妙而优美的石墨气球。另外还有大量的问题有 待回答，谁也说不准明天会不会又冒出一个令人吃惊的消息。 富勒烯的发现及其激起的余波颇值得回味。它为基础科学的组织和 投资提供了有益的借鉴，它不仅对工业科技开发的赞助商大有裨益，而 且有助于科学家们进一步领悟他们自己以及他们从事的科学研究所扮演 的角色。它也为一般人了解科学研究如何取得突破提供了一扇窗口。这 是个非常好的故事，在《完美的对称》一书中，我力求还它以本来面目。 许多科学家在百忙之中向我当面讲述或写信谈了他们在富勒烯发现 过程中的亲身体验。如果没有他们的大力支持和鼓励，我根本无法将这 一故事转述于此。因此，我谨向如下各位致以诚挚的谢意。 他们是：奥尔福德（Mike Alford），