尋根問底的追兇之旅：一個關(guān)于準晶的故事

陳學雷

中國科學院國家天文臺

宇宙暗物質(zhì)與暗能量研究團組研究員

本書可以說是一本以第一人稱敘述的偵探故事，充滿了懸念、轉(zhuǎn)折和驚喜，令人拿起書后幾乎無法放下。但這里所講的故事都是完全真實的，其主人公不是一位普通的偵探，而是一位世界著名的科學家，而他所追查的也不是罪犯，而是自然界中的一個奇跡準晶。

什么是準晶呢？它是一種有點兒類似晶體，但又不是晶體的物質(zhì)。晶體是常見的，例如水晶等天然礦物，甚至普通的食鹽都是晶體，原子規(guī)則地排列在一起就形成了晶體。晶體學家們早已用數(shù)學方法證明，只有那些具有二重、三重、四重、六重旋轉(zhuǎn)對稱性的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)周期性的排布，形成晶體，這對于學過固體物理或礦物學的大學生來說早已是常識了。因此，20世紀80年代，當一位以色列冶金學研究者謝赫特曼（Schechtman）發(fā)現(xiàn)某種鋁合金中存在著五重旋轉(zhuǎn)對稱性時，很多人認為他犯了低級錯誤，因為五重旋轉(zhuǎn)對稱性的構(gòu)型不可能形成晶體。但是，從事理論物理研究的本書作者保羅·斯坦哈特卻在研究中發(fā)現(xiàn)了雖不具有周期性，然而仍可以布滿空間的具有五重旋轉(zhuǎn)對稱性的構(gòu)型，這也正是謝赫特曼發(fā)現(xiàn)的奇異材料所具有的原子結(jié)構(gòu)，也就是所謂的準晶。謝赫特曼后來因此獲得了諾貝爾化學獎。

不過，故事并沒有到此為止，實際上這只是一個開端。謝赫特曼發(fā)現(xiàn)的合金是人工制造出來的，那么自然界中是否也存在準晶呢？斯坦哈特教授的主要研究領(lǐng)域是宇宙學，探尋宇宙的起源，在這一領(lǐng)域里他也成了世界著名的專家。不過，他仍然關(guān)注著準晶。他指導學生開發(fā)出了軟件，通過對自然界中各種礦物的X射線衍射圖進行分析，來尋找可能存在的準晶。最終，他們在一個意大利博物館收藏的某種奇特礦物中，發(fā)現(xiàn)了準晶存在的跡象。但這礦物究竟是什么？來自哪里？語焉不詳?shù)臋n案記錄中并沒有足夠的信息。作者帶著我們走上了奇妙的尋根問底之旅。經(jīng)過一系列真正的偵探工作，最終，作者帶領(lǐng)的科考隊來到了俄羅斯堪察加半島荒野中的一條河流旁，開始搜尋這自然產(chǎn)生的準晶。而他們的發(fā)現(xiàn)，最終也將告訴我們，這種奇妙物質(zhì)到底是如何產(chǎn)生的，是來自噴發(fā)的火山，還是天外的隕石。

本書講述了作者在探尋準晶過程中的種種經(jīng)歷，以及所遇到的各種奇人奇事，從作者的老師天才物理學家費曼，到唯利是圖的蘇聯(lián)官員。作為一位世界一流的科學家，作者分享了自己在科學研究中所體會到的各種趣味和驚喜，以及對壯美的大自然、奇妙的宇宙歷史的感受。推薦給所有具有強烈好奇心、喜愛偵探小說的朋友們。