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“我没错,是全世界错了”,2011年诺贝尔化学奖得主的故事

“我没错,是全世界错了”,2011年诺贝尔化学奖得主的故事

历史上有一批人,他们的想法经常不被周围人理解,身处的环境也总是阻力重重,只能一个人默默上路。等到某一天别人恍然大悟,支持的声音从难觅踪影到渐渐多了起来,他们就此成为伟大的开创者。

远的如哥白尼、布鲁诺的“日心说”,当时从普通民众到宗教法庭,都对这一动摇了神学根基的学说恨之入骨,可怜的布鲁诺被活活烧死。近的像罗巴切夫斯基,开创了第一个违背直觉的非欧几里得几何,超越人类经验对空间和结构的重新描述,却一生因这一学说背负沉重压力郁郁而终。当第二个非欧几何黎曼几何出现,爱因斯坦划时代的相对论以黎曼空间为描述基础,世人才明白,非欧几何是一种逻辑严谨的、“真实存在的”、有着自己的适用范围的新几何学,并且和欧几里得几何有着同等的“存在权利”。

当然,从“跟随群众”的主流,到“拨乱反正”成真理,不是所有人都能幸运地熬过来。历史残酷,当事人可能越惨烈越显示其伟大。

不过,“大逆转”的故事在科学尚未昌明的年代,情有可原。现代,如果还存在那些坚持真理孤独的探索者,思想和研究超越同时代的人,那就不是一般的杰出了。今天小编要说的,是发生在2011年诺贝尔化学奖得主身上的故事。

2011年,有一位以色列理工学院的教授单独包揽了诺贝尔化学奖。现代历史上,自然科学类的诺贝尔奖少有人能单独获奖,本来那篇突破性的论文是四人署名发表,诺贝尔奖委员会将其余三人忽略的原因,是因为他们三人只是“壮胆”、“凑数的”。

持续了很多很多年,物理学家和化学家只认为固体物质只存在晶体和非晶体两种形态,二者的区别是,晶体的分子或原子排布是长程有序且平移对称的。

丹尼尔·舍特曼,Daniel Shechtman,他发现了一种介于晶体和非晶体之间的全新物质构成形态,准晶体。

“我没错,是全世界错了”,2011年诺贝尔化学奖得主的故事

1982年4月8日,舍特曼首次在电子显微镜下观察到一种“反常”现象:铝锰合金的原子采用一种不重复、非周期性、非平移对称但长程有序方式的排列方式。而当时人们普遍认为,晶体内的原子都以周期性不断重复的对称模式排列,这种重复结构是形成晶体所必须的,自然界中不可能存在具有舍特曼发现的那种原子排列方式的晶体。

舍特曼 1982年在电子显微镜下看到某种合金的衍射图案,提出准晶体假设后,受到了圈内人的嘲笑和同组人士数年的排挤,老板更是跑过来,拍了一本经典教材在他桌上,让他好好读读“基础教材,搞明白他的理论为啥不可能”,最后舍特曼坚持己见,直接被踢出了实验室。

换做其他人,很可能就此学乖了。

舍特曼回到了以色列,准备投文章,由于压力太大,他跑美国拉了个人合写paper,分担风险,然后把结果投到 Journal of Applied Physics,很干脆的就被据掉了“rejecting the article as not being of interest to physicists”。舍特曼没有跳楼,而是继续拉人下水,这次是四个署名,投Physical Review Letters,好在这次终于被接收了,数周后就发表了。

如果你认为从此“王子和公主结婚了,从此开始幸福生活”,你就错了,噩梦才刚刚开始。

新结果自然在圈内炸开了锅,他很快得到了另外一个已经拿了两个诺奖的(一个干货化学奖,一个水货和平奖)的莱纳斯·卡尔·鲍(Linus Carl Pauling)"关照"。双诺贝尔奖加持的大牛Linus Pauling当然是美国化学界的学霸,开个几千人的会议,主题就是准晶,然后在讲台上公然向舍特曼宣战,当着几千人的面“ Danny Shechtman is talking nonsense. There is no such thing as quasicrystals, only quasi-scientists.” (丹尼尔·舍特曼实在鬼扯,世界上根本就没有准晶这种东西,只有准科学家,或者翻译成半调子科学家)。

论文并不成功,许多人坚信原来的晶体观念,拒不承认存在5对称轴的“准晶体”(晶体只存在1、2、3、4、6轴转动对称才符合平移对称性)。就连大物理学家泡利也公开反对。许多人见到名人反对,自然不愿承认。舍特曼受到很多人嘲笑、排挤。

“我没错,是全世界错了”,2011年诺贝尔化学奖得主的故事

(准晶体衍射图)

好在到了1987年法国和日本的同行(美国同行估计没人赶做)终于种出了足够大的准晶来做X射线衍射,1987年舍特曼带着X射线衍射的照片到了奥地利的一个晶体学大会,把准晶这事给铁板定钉了。

要说一下Linus Pauling,其实他不是一个大恶魔,他首先是个对学术界做过杰出贡献的大牛,其次他掌握了太大的权利,最后他过于固执的坚持了自己的观点,并使用了自己的权利来维护自己的观点。 大家都等着他和舍特曼能打起来,但是在个人层面,他们始终保持着和平,批斗会议完的晚饭上他们还是能坐一块,讨论他俩有共识的问题,当然不包括准晶。 不过到了学术层面,如果你要位置,要经费,那就别怪我的徒子图孙和爪牙了。

最开始的时候Linus Pauling有诺奖,舍特曼是无名小足,一个天上一个地下,随便倾轧。慢慢准晶体的理论被越来越多的人接受,翘翘板开始反转。到了1990年,Linus Pauling向舍特曼伸去了橄榄枝,邀请他共同写篇文章 "Shechtman-Pauling," on quasiperiodic crystals,舍特曼回信说他很高兴写这个东西,不过Linus要首先承认准晶是存在的,Linus回复说那这篇共同署名的文章时机还不成熟。 时机不会成熟了,第二年Linus就在91岁高龄去世了,圈子里面反对准晶的势力也就瞬间消失了。

随着铝,铜,铁,镓,锇,稀土等合金的准晶体的不断发现,以及泡利、Linus的去世,越来越多人开始支持准晶体理论。以至于国际化学界都修改了关于晶体的定义。化学家们看待固体的方式也由此有了大改变。

“我没错,是全世界错了”,2011年诺贝尔化学奖得主的故事

2011年,他因发现准晶体荣获诺贝尔化学奖。有人评论说:他开启了晶体学新时代。作为一个不人云亦云的化学家,他完全配得上这些荣誉。

其实当初舍特曼的文章发出去之后,立即就有很多人回信,说他们之前也从衍射图案中发现了这种奇异的现象,大部分人当时应该是直接被老板或者同行拍焉了,不敢出声了。

舍特曼的发现并不是啥高科技,或者奇思妙想,电子衍射当时也算成熟技术了,那几种合金也不算啥稀罕物,只要你对着照射,然后仔细看衍射图案,都能看到和传统理论不相符的地方,准晶的数学准备数学家也已经做好了。

准晶体的原子或分子排列方式,数学上早就给出了这一结构的详细描述。伊朗的伊斯法罕有一座古老的清真寺,上面的砖片图案就是按照准晶样式排列的,这说明500年前的建筑师就已经意识到这一结构了。

“我没错,是全世界错了”,2011年诺贝尔化学奖得主的故事

理性殿堂越筑越高的现代科学,像舍特曼这种“靠别人都不敢承认自己的发现”而获得诺贝尔化学奖的故事,不知道以后还会不会出现。

不过,谁想成为下一个舍特曼,得问问自己,“当全世界都说你错了的时候,你还敢坚持吗?”

注:本文首发于微信公众号【以色列创新】:zhongyichuangxin,这里有浪漫故事,真正的黑科技,以及最权威的以色列高科技公司数据库。

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