诺贝尔化学奖的故事
历史就好像非诚勿扰舞台上的女嘉宾。你离着很远看,和把她领回家细看,看到的东西都是真实的,但你可能会有不一样的人生感悟。新华社的报道相当简略,我们如果把 谢赫特曼的讲话视频、 一篇被广泛转载的英文报道 、 一个背景知识的介绍 、以及 以色列某杂志的一篇非常牛的长篇报道 放在一起看,就会看到一个更有意思的故事。这个故事的每一步都值得深思。
谢赫特曼1982年在国家标准局的本职工作并不是探索晶体科学的新突破,而仅仅是为航空工业寻找合金材料。不但如此,当时晶体理论已经相当成熟,什么样的原子对称结构能形成晶体是明明白白写在教科书上的。人们根本没指望发现新的晶体形态,就算要发现也轮不到谢赫特曼。
某天上午,谢赫特曼用电子显微镜测定了他自己合成的一块铝锰合金的衍射图像,发现是一个正十边形的对称结构——对寻常晶体来说这是一个不可能的对称性,因为从数学上很容易证明不可能用正十边形(或者简化到正五边形)去周期性地铺满平面。谢赫特曼认为这是一种全新的晶体,它的特点就是只具有准周期性,也就是“准晶”。
如果我们只看简单的新闻报道,下面的故事就是谢赫特曼跟每一个同事通报这个新发现,但是没人相信他,人们都认为晶体就应该是周期性结构,实验组领导指着教科书说他胡扯,然后把他赶走了。但这里有一个问题: 衍射图像是明摆着的,难道他的同事们连十都不会数么?
事实上,同事们对他的这个衍射图像有一个解释:孪晶。人们早就知道孪晶可以出现类似正五边形旋转对称的衍射图像,但它并不是一种新晶体。谢赫特曼进一步观察,他找不到孪晶,坚持说这是新晶体。现在的局面是同事们相信这种衍射图像有一个解释,谢赫特曼不接受这个解释。但不利的是,他也不能提供别的解释。
科学要求解释。 你不能说“我看到这个现象,而你们解释的不对,所以它一定是个新东西”。全世界的实验室中可能每天都会产生一些看上去不太对的实验结果,它们中的绝大多数是……不对的。一个有个人荣誉感的科学家不会看到什么都发文章,你得给一个理论。1983年,Ilan Blech 帮谢赫特曼搞出了一个数学模型,二人这才决定发表论文,结果被APL编辑拒稿。谢赫特曼回到国家标准局,在John Cahn帮助下进一步完善了数学模型,然后找了一位真正的晶体学家Denis Gratias入伙,最后文章被PRL发表。
到这一步,“准晶”这个发现才算被 正式提了出来 。谢赫特曼在论文中详细说明了这个特殊合金的制备过程,使得很多实验组重复验证了他的发现。然而一直到这一步,仍然只有少数科学家接受这是一种新晶体。
关键在于,谢赫特曼实验使用的是电子显微镜,而晶体学界的标准实验工具是更为精确的X射线,他们不太信任电子显微镜的结果。不能用X射线的原因是生长出来的晶体太小。一直到1987年终于有人生长出来足够大的准晶体,用X射线拍摄了更好的图像,科学家中的“主流”才接受了准晶的发现。 这才是真正的转折点。 等到人们在实验室中又发现各种别的准晶体,乃至于在自然界又发现天然准晶,准晶就已经是绝对的主流科学,谢赫特曼也开始什么奖都能拿了。
回顾整个过程,我们并没有看到所谓“学术权威”在其中能起到什么打压的作用。的确有个两届诺贝尔奖得主至死都反对准晶,但并没有听说他有什么徒子徒孙为其马首是瞻。搞科研不是两个门派打群架。 科学家之所以从一开始就质疑,恰恰是因为证据还没有达到“超乎寻常”的地步。而当X射线图像一出来,不管那个诺奖大牛怎么说,“主流”立即就接受了。
我们看被主流科学“打压”,一般不会上升到人身攻击的地步……除非你的理论侮辱了“主流科学家”。比如说要求他们洗手。