仁人志仕

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完美的对称——现代足球与富勒烯

　　 在旁人眼里，富勒体的发现历程近乎神奇。本来应由化学家

们最早得到的富勒体分子，却由物理学家们在研究星际尘埃工作中意

外的揭开了其神秘的面纱。令C60的发现者们醉心的完美结构竟然是我

们再熟悉不过的“足球”！而灵感的源泉却来自于建筑学家的智慧。

这样宇宙与团簇，建筑学家、足球与分子结构这些表面上看起来风牛

马不相及的事情，就在这里奇妙的融为了一体。

　　假如有六十个碳原子，让你将他们组成一个完美的分子C60，怎么

办呢？

　　这似乎是一个简单的拼图游戏。60年代末至70年代初，日本和前

苏联的科学家就各自独立的从理论上发现了C60合适的结构——一个由

12个正五边形和20个正六边形组成的完美的球形结构。但这个古怪的

想法在当时仅仅是一种有趣的遐想而已。没有人认为谁能真正在实验

室中造出球形C60来。随着岁月的流失，这种想法也几乎快消失在浩如

烟海的文献中了。

　　1985，一位来自英国，满脑子充斥着星际间飘忽尘埃的天文学家

克罗托，和两位对半导体团簇感兴趣的美国物理学家斯莫利，柯尔走

到一起，希望能探讨宇宙中长链碳分子的形成和光谱。这时谁也不知

道激动人心的富勒烯从此将走上历史的舞台。在他们短短几个星期的

合作过程中意外的发现：在强烈的激光脉冲辐照下产生的碳团簇中，

C60具有超常的稳定性。他们并不知道化学的理论游戏C60，所以这样

的实验结果让他们一筹莫展。后来受著名建筑学家巴基敏斯特·富勒

最牢固的薄壳拱形结构的启发，他们最终才为其设想了一种与上述理

论结果不谋而合的球形结构，并将C60命名为巴基敏斯特·富勒烯，简

称为富勒烯。当他们满怀喜悦向数学家们请教时，得到的回答却是“……

孩子们，你们所发现的，就是一个足球啊！”。一经别人点破，他们

也诧异的发现他们所醉心的最完美、最对称的分子结构竟然是一个简

单得让人哭笑不得的常识。一个现代足球正是由20块白色的六边形球

皮和12块黑色的五边形球皮缝成的。在足球上你恰好可以数出60个顶

点。他们几个星期的努力是制造了一个全碳分子的、世界上最小的、

最精致的“足球”！于是，那飘忽在化学家脑海中的古怪念头竟这样

变成了现实。

　　但正如一切新生事物总要面对陈旧思维惯性的挑战一样。有许多

人对所谓“足球状C60”表示了强烈的怀疑。毕竟当时还没有人亲眼目

睹所谓C60，也没有足够的C60试样让化学家们去鉴定。那些在强激光

脉冲下产生的C60的含量仅能以微克计，还不能提供给其他的科研小组

做验证。而最重要的是传统的保守思想很难接受这种天方夜谈式的构

思。基于不同的目的，一篇接一篇反驳球形C60的文章出笼了。于是，

1989年世界范围C60及其相关的研究文章数目降到了24篇，似乎C60的

研究气数将尽了。最糟糕的是1989年发生了一起让所有科学家难堪的

事情。1989年3月23日，在犹它大学草草安排的新闻发布会上，一帮家

伙仅仅根据一些不完备的而且无法重复的数据，戏剧性的宣布他们实

现了“冷聚变”的幻想。这使得许多人对“别出心裁的科学设想”持

一种谨慎的怀疑态度。更有一些人将富勒体和“冷聚变”相提并论，

认为在克罗托、斯莫利和柯尔的眼中，世界到处充满着富勒烯，甚至

包括他们无权说三道四的领域。一切怀疑和争论的核心问题是：在没

有100％的把握情况下，究竟该不该凭已知的尚不够牢靠的证据建立碳

化学的新领域？

　　要想说服所有的人，富勒体先驱们必须迅速的给出更确凿的证据。

而大多数人对此似乎并不抱任何希望，因为那优美的C60信号既明显又

显得那么飘忽不定，像一位美丽而高傲的少女一再拒绝她的情人——

探索者的求爱。但一位精力充沛的美国科学家赫夫曼和一位严谨的德

国科学家克雷奇默还在耐心的“追求”。他们曾与C60的发现失之交臂，

又受到同行的冷落，“冷聚变”一事对科学家信誉的冲击更使得他们

不敢有任何的疏忽。在经过了几年近乎苛刻的工作后，1990年，他们

终于确信找到了可以制备出看得见摸得着的C60方法并发表了他们的成

果。于是，一切的疑虑都烟消云散了，一切教科书和百科丛书也不得

不重新被修改。无可辩驳的事实说明人们已知的碳的基本形态不是两

种，而是三种：金刚石、石墨和富勒体！同年底，C60实现了商业化，

每克C60作价1250美元，全世界的科学家都可以通过订购方式获得他们

感兴趣的高纯度C60来做研究。至此，C60已不再是全新的和激动人心

的物质了。

　　随后，各种荣誉也接踵而来。克罗托、斯莫利、赫夫曼和克雷奇

默因在凝聚态物理学上的杰出成就，获得了1994年度惠普欧洲物理奖。

克罗托、斯莫利和柯尔也因其天才式的开创性工作共享了1996年度诺

贝尔化学奖。

　　在克罗托、斯莫利及柯尔开创性工作与赫夫曼和克雷奇默成功实

验的指引下，人们对C60的研究热情被激发出来。1990年世界范围

C60及其相关的研究文章数目达到50篇，1991年更突破600篇。在

1993年初，美国专利局收到的与富勒体有关的专利申请数目比所有其

他的专利申请总和还要多。三维的富勒体给化学、生物、材料等等学

科带来的剧烈冲击使世界范围的研究热潮在以大爆炸的方式延续着。

C60被发现可以抑制爱滋病病毒；其某些化合物具有很高的超导温度；

除足球状的C60，还可制备出许多不同碳原子数目的笼状分子和由全碳

原子组成的中间仅有一个原子宽度的纳米管。同时人们发现尽管C60天

然含量很微小，但几乎无处不在，不仅古地层中有其踪影，一般燃烧

的灰烬中也可发现其存在。其广泛性和独特性更使人们猜测或许C60还

可能在生命演化进程中扮演了关键的角色！总之，一门崭新的富勒体

分支学科已经形成！无须多说，人们只要回顾一下苯环的发现对化学

和化学工业发展的推动效应，就不难预测富勒体对当今文明的冲击还

会继续深化。

　　在旁人眼里，富勒体的发现历程几乎神奇。本来应由化学家们最

早得到的富勒体分子，却由物理学家们在研究星际尘埃工作中意外的

揭开了其神秘的面纱。令C60的发现者们醉心的完美结构竟然是我们再

熟悉不过的“足球”！而灵感的源泉却来自于建筑学家的智慧。这样

宇宙与团簇，建筑学家、足球与分子结构这些表面上看起来风牛马不

相及的事情，就在这里奇妙的融为一体了。让人惊叹的同时体味了一

种天上地上，宏观微观的统一与和谐。C60的发现是在价格惊人的

AP2上实现的，但却是在简单的蒸发器上实现了大规模的制备。C60充

斥于我们周围，甚至有人认为中国的徽墨中就有微量的C60存在。所有

这些使人们不得不自问：为什么人类直到今天才发现这种新形的碳？

到底还有没有其他形态的碳存在？其他的元素是否也存在我们未知的

某种神秘结构？也许有些答案只能靠你自己来回答。

　　写一本科普读物难，写一本介绍前言科学的发现历程的书更难。

因为大多数人的眼中，科学研究是枯燥和乏味的，前沿科学的成果更

远在天边。由于缺少合适的科普读物，忙于都市生活的人们也很难有

足够的勇气和时间去了解那些比股市还复杂的自然秘密。而作者吉姆

·巴戈特向读者展示了一本与众不同的新书——《完美的对称》。作

者本人曾在牛津大学和斯坦福大学从事过5年的研究工作，能精确的掌

握科学术语的含义和准确的了解科研工作者的心态。同时作者很幸运

的与几乎所有富勒体先驱们建立了联系，能用平易的语言以讲故事的

形式将他们的喜怒哀乐娓娓道来。在这本书里，作者努力从不同的侧

面勾画富勒烯的戏剧性发现历程和意义，塑造了一批为理想而奋斗的

科学家群体，让人很容易产生强烈的共鸣和对探索自然奥秘的神往。

某种意义上讲，与其说《完美的对称》是一本科普读物，到不如说它

是一本情节跌宕起浮的维多利亚式小说。这在近年来的科普读物中是

少见的。在哲人后丛书的当代科普名著系列中也堪称杰作！