【文章內(nèi)容簡介】 和 3 個五邊形間隔相接 ，共有 60 個頂角，碳原子位于頂角上，是一個完美對稱的分子。 由于是在富勒的啟發(fā)下，他們?nèi)送茰y出了 C60 的球形結(jié)構(gòu)，因此 1985 年他們在《自然》雜志上發(fā)表文章時，特意給 C60 取名為 Buckminsterfullerene，即巴克明斯特富勒烯，簡稱 Fullerene 即富勒烯，或用富勒的名字稱為 Buckyball 即巴基球。因 C60 酷似足球，所以又稱為 Soccerene 即足球烯。 由于克羅托、科爾、斯莫利三位科學(xué)家在富勒烯研究中的杰出貢獻(xiàn)，他們共同榮獲了 1996 年的諾貝爾化學(xué)獎。 二、富勒烯與碳納米管： 說到碳納米管之前，我們首先要對比一下 C60分子和 C70分子的結(jié)構(gòu)。 C60分子是一個足球形狀， C70分子是一個橄欖球形狀，相當(dāng)于把 C60分子沿原子間最大的一圈連線分開（鋸齒狀）然后轉(zhuǎn)一個小角度再拉長，添上一圈 10 個 C 原子。（有興趣的讀者可以做一個模型試一下）。 如果這樣一直下 去，每增加一圈 10 個 C 原子，這個分子都會拉長一點(diǎn)，就會逐漸拉成一個長管，這就是納米材料的先驅(qū) —— 碳納米管！ 上圖左邊畫出了碳的幾種同素異構(gòu)體，分別是金剛石，石墨， C60和碳納米管。碳納米管有著不可思議的強(qiáng)度與韌性，重量卻極輕，導(dǎo)電性極強(qiáng)，兼有金屬和半導(dǎo)體的性能；把納米管組合起來， 比同體積的鋼強(qiáng)度高 100 倍，重量卻只有鋼的 1/6。是理想的新材料。 如果把它添加到普通的金屬和塑料中，用這種復(fù)合材料織成線，做成體育用品，比如足球運(yùn)動員的護(hù)腿板，球鞋，或者守門員的服裝，那么綠茵場上不但傷情會減少很多，而且球員的跑動將更加輕盈，足球本身的精彩程度還會提高，足球與碳納米管真是有著不解的緣分。 碳納米管具有中空的結(jié)構(gòu)，可以作為“儲存”氫氣的容器。被其儲存起來的氫氣密度，甚至比液體或固態(tài)氫氣的密度還高。適當(dāng)加熱，這些氫氣可以慢慢地被釋放出來。這樣一種儲存密度高，自身比重輕的儲存裝置正是當(dāng)前人們夢寐以 求的材料。如果汽車用氫氣燃料電池來代替汽油作燃料，尾管排出的廢氣中只有水蒸氣，車輛就不但不會造成空氣污染，而且會增加空氣的濕度。如果用碳納米管儲存材料做成可攜式的能源，那么探險家們可以直接用它來做野炊的燃料。而氫氣是一種可再生能源。 當(dāng)前的電視機(jī)顯示器都需要電子槍，假如用碳納米管作成面積與熒光屏一樣大小的平面電子槍，每一根管子是一條電子通道，納米就可以造出壁掛式電視，以及可折疊顯示器了。 總之，作為最早發(fā)現(xiàn)并被應(yīng)用的納米材料，碳納米管將在人類社會發(fā)展中起到越來越重要的作用。 足球精神與物理學(xué)精神的相似性 去年是世界物理年，記憶中除了紀(jì)念愛因斯坦的活動風(fēng)風(fēng)火火開展了幾天外，平時多少顯風(fēng)平浪靜毫無氣氛。今年是世界杯年。伴隨著歐洲 4 大聯(lián)賽及冠軍杯的硝煙散盡，德國世界杯的即將開賽，全世界都在拭目以待，這個夏天將為足球而瘋狂。身為一個物理領(lǐng)域科研工作者，在等待著為世界杯狂歡的同時不禁要問：如果全世 界像關(guān)注足球那樣關(guān)注物理學(xué)，那么物理學(xué)會是什么樣子？ 把自然科學(xué)類比為球類運(yùn)動的話，如果說數(shù)學(xué)更像個人能力經(jīng)常起決定作用的籃球，那么物理學(xué)則更像是突出集體合作，充滿偶然性，氣勢更為浩大的足球運(yùn)動。 物理學(xué)與足球，一個是整個自然科學(xué)的核心，一個是體育運(yùn)動的王者，他們在科技和體育兩個領(lǐng)域相似的位置奠定了他們相似的精神。 一、直接的高對抗性 球隊的對手是另一支球隊，科學(xué)家對手則是神秘的大自然。 很多自然科學(xué)研究方法是經(jīng)驗的，他們一般比較重視結(jié)果，并且積累實(shí)驗結(jié)果來應(yīng)用，而很少追究這種結(jié)果產(chǎn)生的內(nèi)在原因， 一般不會對自然深入微觀本質(zhì)研究，這一點(diǎn)很像中間一個網(wǎng)把競技雙方分開的球類運(yùn)動，如排球，網(wǎng)球，乒乓羽毛等。對抗大多體現(xiàn)在技術(shù)層面上，不發(fā)生身體接觸。而物理學(xué)家則不同，和大自然不是簡單地面對面，而是深入微觀世界當(dāng)中，他們的目的不僅僅是發(fā)現(xiàn)某種現(xiàn)象，而是深入探求這種現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)原因，他們的目標(biāo)就像足球場上對方的球門，在最后面。需要突破大自然的層層防守方能破門得分，面對大自然穩(wěn)固的后防線和神奇門將，進(jìn)一個球確實(shí)很難。 當(dāng)面對某種物質(zhì)的一些新性質(zhì)，化學(xué)家第一反應(yīng)往往把它用實(shí)驗先“測”出來，然后紀(jì)錄下這條性質(zhì)以便利用 。物理學(xué)家第一反映往往是用量子理論把它先“算”出來，然后通過實(shí)驗驗證計算結(jié)果是否正確。以原子尺度為界，一個關(guān)注的是向上，即它們?nèi)绾谓M成新的分子，如何在人類生活的宏觀世界得以體現(xiàn)并應(yīng)用。一個關(guān)心的是向下，即如何根據(jù)電子的波函數(shù)來得出原子為什么具有這種性質(zhì)，他們間的電磁相互作用如何能產(chǎn)生新的單個分子或凝聚態(tài)物質(zhì)，物理學(xué)家面對大自然的防守可謂帶球突入禁區(qū)直搗龍門。 二、 100%的團(tuán)隊精神 NBA 里面，某個得分后衛(wèi)從后場運(yùn)球轉(zhuǎn)身變向加速殺入籃下飛身扣籃得分，這種鏡頭司空見慣。但在足球場上職業(yè)比賽中，如果某位巨星 從后場帶球假動作變向擺脫連過對方數(shù)人突入禁區(qū)射門得分，那絕對是少有的奇跡，會被銘刻為永恒經(jīng)典。 人們熱衷于談?wù)撃澄黄崎T得分捧起金杯的物理學(xué)家時，經(jīng)常忽視那些給他們助攻的物理學(xué)家。譬如德布羅意給薛定諤傳出那記致命的波粒二向性解釋，波恩給海森堡傳出矩陣方法的那記單刀。 理論物理偶爾能誕生技術(shù)精湛，突破能力極強(qiáng)的天才大師，憑借一己之力取得重要成果。實(shí)驗物理則完全是靠整體配合，心心相通，甚至熟練到一腳出球來撕破對方防線破門得分的地步。踢過球的人都知道這種球隊是最可怕的。實(shí)驗設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)好比有效的體能保障，每個科研 人員分工明確，導(dǎo)師如同教練，研究生和年輕科研人員如同球員。在教練的帶領(lǐng)下熟練配合，集體攻關(guān)。 所以牛頓所說的“因為我站在巨人肩膀上”的那些巨人，就是給他傳球，為他助攻，訓(xùn)練他提高，幫他制定戰(zhàn)術(shù)的隊友和教練們。 三、戲劇性和偶然性 在每次世界杯賽上， “ 冷門 ” 和 “ 黑馬 ” 這些詞匯出現(xiàn)頻率要遠(yuǎn)高于其他球類運(yùn)動，足球場上小概率事件頻頻發(fā)生，主要原因是足球得分要比其他球類運(yùn)動難得多，足球進(jìn)球等分的偶然性也遠(yuǎn)高于其他球類運(yùn)動。每次傳球，每次射門，擊球點(diǎn)的小小偏差會決定這個球能否破門得分，而這個一個進(jìn)球，可能決定一個球 員一生的命運(yùn)，決定一個球隊多年的命運(yùn)，決定一個國家足球發(fā)展的軌跡。于是所有球類運(yùn)動中，“蝴蝶效應(yīng)”在足球上體現(xiàn)的最為明顯。 無論哪國聯(lián)賽，每一輪平均進(jìn)球數(shù)很少有超過 3 個的。 0－ 0， 1－ 0， 2－ 0，3－ 0， 1－ 1， 2－ 1， 3－ 1， 2－ 2，??足球場上絕大多數(shù)比分都是這樣。在日益功利化的今天，足球越發(fā)重視防守，強(qiáng)隊比賽時破門得分變得越來越難，這越發(fā)增加了球場上的偶然性。 這一點(diǎn)上物理學(xué)與足球及其相似，物理科研領(lǐng)域涉及的問題大多是重大的基礎(chǔ)科研問題，出成果的速度顯然難以與化學(xué)，生物，材料，電子相抗衡。就連物理學(xué)的 內(nèi)部，研究應(yīng)用方向為主的凝聚態(tài)物理學(xué)和光學(xué)，其出成果速度也要遠(yuǎn)大于粒子物理與原子核物理等基礎(chǔ)方向，因此前兩個方向大約吸引了八成以上的物理工作者來研究。出成果速度慢，又帶著很多偶然性因素在里面，中國的基礎(chǔ)科研似乎于中國足球面臨同樣的問題，經(jīng)過長時間的努力，嘗試一切辦法改革結(jié)果卻收獲甚微。 近些年來中國其他很多方面都走到了世界前列。中國經(jīng)濟(jì)連續(xù)穩(wěn)定高速增長，國內(nèi)投資到基礎(chǔ)科研上的經(jīng)費(fèi)也像足球?qū)霉蓶|投資俱樂部那樣逐年增長，盡管大多數(shù)經(jīng)費(fèi)用來購買設(shè)備，科研人員的待遇相對于職業(yè)球員還是九牛一毛，但這還不能不能作為中國 基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)展緩慢的理由。 急功近利的思想，這恰恰是中國基礎(chǔ)科研和中國足球最大的敵人。這種思想與基礎(chǔ)科研出成果難的特點(diǎn)相違背。從事基礎(chǔ)科研尤其是物理領(lǐng)域，不但需要的設(shè)備更大型更貴重，其研究人員需要的知識背景和數(shù)理基礎(chǔ)也要高于其他專業(yè)，這條難走的路在年輕人中越來越?jīng)]有市場，而且急功近利的思想已經(jīng)完全滲透到中國現(xiàn)行的學(xué)術(shù)評價體制中，以論文數(shù)來決定一個學(xué)者的命運(yùn)，這對于基礎(chǔ)研究極為不利，也許相對于中國足球來說，中國基礎(chǔ)科學(xué)唯一值得慶賀的是基礎(chǔ)科研工作者們大都安分守己，獻(xiàn)身祖國科技事業(yè)，學(xué)術(shù)腐敗沒有像球場上假球黑哨那樣盛行，這是值得欣慰的。 物理學(xué)畢竟是少數(shù)人從事的專業(yè)，我們不敢奢望物理學(xué)像足球一樣能在百姓生活中有那么大的市場，有如此豐富的話題，但我們希望更多人能對物理學(xué)多一份關(guān)心，多一份理解。在觀看今年世界杯精彩比賽的同時，想到支配球場上乃至整個