九乡新闻网高三生物培优计划:曾被斥为伪科学家的人
来源：百度文库 编辑：九乡新闻网 时间：2024/04/29 00:57:08
5日，谢赫特曼在新闻发布会上。今年70岁的他摘得2011年诺贝尔化学奖。 谢赫特曼的发现是科学界最伟大的发现之一，勇敢挑战了当时的权威体系。
——美国化学协会主席纳西·杰克逊
当我告诉人们，我发现了准晶体的时候，所有人都取笑我。
——谢赫特曼
据新华社电瑞典皇家科学院5日宣布，以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼因发现准晶体独享2011年诺贝尔化学奖。
改变科学家“物质观”
与一天前宣布诺贝尔物理学奖得主一样，瑞典皇家科学院常任秘书斯塔凡·诺尔马克当天上午11时45分开始在皇家科学院会议厅先后用瑞典语、英语宣布获奖者姓名及其科学成就。
随后，诺贝尔化学奖评选委员会主席拉尔斯·特兰德等人解释谢赫特曼获奖原因。他们说，谢赫特曼于1982年4月8日首次在电子显微镜中观察到一种“反常理”的现象——他们当时所观察的铝合金中的原子，是以一种不重复的非周期性对称有序方式排列的，而按照当时的理论，具有此种原子排列方式的固体物质是不存在的。因此，谢赫特曼的发现在当时引起极大争议。为维护自己的发现，他被迫离开当时的研究小组，但这一发现促使科学家开始重新思考对物质结构的认知。
准晶体增加材料强度
诺贝尔化学奖评选委员会在5日发表的声明中说，从原子级别观察准晶体形态，会发现原子排列具有规律，符合数学法则，但不以重复形态出现。在谢赫特曼发现准晶体后，科研人员陆续在实验室中制造出其他种类的准晶体，并在取自俄罗斯一条河流的矿物样本中发现天然准晶体。瑞典一家公司也在一种钢中发现准晶体，这种准晶体如同盔甲一般增加材料强度。
如今，科学家正尝试将准晶体应用于其他产品，如不粘锅涂层和柴油机制造等。
“旧发现”仍有新潜力
瑞典斯德哥尔摩大学有机结构化学教授邹晓冬在接受新华社记者采访时说，由于准晶体原子排列不具周期性，因此准晶体材料硬度很高，同时具有一定弹性，不易损伤，使用寿命长。这种材料的应用目前仍有较大发展空间。
今年诺贝尔化学奖奖金共1000万瑞典克朗（约合146万美元），由谢赫特曼一人独享。
谢赫特曼1941年生于以色列特拉维夫，1972年从位于以色列海法的以色列工学院获得博士学位，目前任该校教授。
■ 人物
“那时，所有人都取笑我”
因为挑战当时的“常识”，谢赫特曼被斥“胡言乱语”、“伪科学家”
“胡言乱语”、“伪科学家”，当30年前谢赫特曼发现“准晶体”时，他面对的是来自主流科学界、权威人物的质疑和嘲笑，因为当时大多数人都认为，“准晶体”违背科学界常识。
“当我告诉人们，我发现了准晶体的时候，所有人都取笑我。”谢赫特曼在一份声明中说。1982年，41岁的谢赫特曼正在美国霍普金斯大学从事研究工作。
“的确，那时候的人们压根不会接受那种晶体的存在。”美国化学协会主席纳西·杰克逊说，“因为他们认为这违反自然界‘规则’。”
因为这些“规则”被视为真理，胆敢“捋虎须”的谢赫特曼自然就备受排挤。
发现“准晶体”后，谢赫特曼花费了好几个月的时间，试图说服他的同事，但一切均徒劳，没人认同他的观点。不仅如此，他还被要求离开他所在的研究小组。无奈之下，谢赫特曼只有返回以色列，在那里，他的一个朋友愿意帮助他，将“准晶体”的有关研究成果公开发表。
最开始，这篇论文也没能逃脱被拒绝的命运，但在谢赫特曼和他朋友的艰苦努力下，1984年，论文终于得以发表，也立即在化学界引发轩然大波。一些化学界权威也站出来，公开质疑谢赫特曼的发现，其中包括著名的化学家、两届诺奖得主鲍林。
“他（鲍林）公开说：达尼埃尔·谢赫特曼是在胡言乱语，没有什么准晶体，只有‘准科学家’。”谢赫特曼后来说。
近30年后，勇敢质疑“常识”的谢赫特曼终于获得全世界最权威的科学认可。“谢赫特曼的发现是科学界最伟大的发现之一，勇敢挑战了当时的权威体系。”纳西·杰克逊说。
■ 背景
固体家族“另类哥”
20世纪80年代初以前，科学界对固态物质的认识仅限于晶体与非晶体，而随着谢赫特曼的一次偶然发现，固体物质中一种“反常”的原子排列方式跳入科学家的眼界。从此，这种徘徊在晶体与非晶体之间的“另类”物质闯入了固体家族，并被命名为准晶体。
根据固态物质构成的原子排列规律，晶体内原子应呈现周期性对称有序排列，非晶体内原子呈无序排列。1982年4月8日，谢赫特曼在铝锰合金冷冻固化实验中首次观察到合金中的原子以一种非周期性的有序排列方式组合，具有这种原子排列方式的固体在当时理论下是不可能存在的。由于原子排列不具周期性，准晶体材料硬度很高，同时具有一定弹性，不易损伤，使用寿命长。鉴于其“强化”特性，准晶体材料可应用于制造眼外科手术微细针头、刀刃等硬度较高的工具。此外，准晶体材料无黏着力并且导热性较差，其应用范围还包括制造不粘锅具、柴油发动机等，应用前景广阔。
准晶
准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。准晶具有完全有序的结构，然而又不具有晶体所应有的平移对称性，因而可以具有晶体所不允许的宏观对称性。
概述
物质的构成由其原子排列特点而定。原子呈周期性排列的固体物质叫做晶体，原子呈无序排列的叫做非晶体，准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
发展历程
准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。 1984年底，D.Shechtman等人宣布，他们在急冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但并无无平移周期性的合金像，在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。不久，这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。 准晶体是1982年发现的，具有凸多面体规则外形的，但不同于晶体的固态物质，它们具有晶体物质不具有的五重轴。如图给出的含钬－镁－锌三种金属的准晶体的正十二面体外型。已知的准晶体都是金属互化物。2000年以前发现的所有几百种准晶体中至少含有3种金属，如Al65Cu23Fe12，Al70Pd21Mn9等。但最近发现仅2种金属也可形成准晶体，如Cd57Yb10〔Nature,2000,408:537〕。有关准晶体的组成与结构的规律仍在研究之中。有关组成问题值得重视的事实如：组成为Al70Pd21Mn9的是准晶体而组成的Al60Pd25Mn15却是晶体。有关结构问题，人们普遍认为，准晶体存在偏离了晶体的三维周期性结构，因为单调的周期性结构不可能出现五重轴，但准晶体的结构仍有规律，不像非晶态物质那样的近距无序，仍是某种近距有序结构。尽管有关准晶体的组成与结构规律尚未完全阐明，它的发现在理论上已对经典晶体学产生很大冲击，以致国际晶体学联合会最近建议把晶体定义为衍射图谱呈现明确图案的固体（any solid having an essentially discrete diffraction diagram）来代替原先的微观空间呈现周期性结构的定义。在实际上，准晶体已被开发为有用的材料。例如，人们发现组成为铝－铜－铁－铬的准晶体具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性，正被开发为炒菜锅的镀层；Al65Cu23Fe12十分耐磨，被开发为高温电弧喷嘴的镀层。
生物学中的应用
在生物学中，Bernal 和 Fankuchen (1937) 对纯化的TMV（烟草花叶病毒）制剂应用了X射线分析法。他们获得了病毒（粒体）杆宽度的准确估值，而且表明用盐使病毒沉淀产生的、有规则地进行二维排列的针形体应为准晶体（paracrystal）而非真晶体。 诺贝尔奖评选委员会第102次颁出化学奖2011年度诺贝尔化学奖于北京时间10月5日揭晓，以色列理工学院的丹尼尔-谢德曼（Daniel Shechtman）因“发现准晶体”而一人独享了这一殊荣。
发现者获2011年诺贝尔化学奖
学习一下，什么是准晶体？准晶体（quasicrystal） 准晶体是1928年发现的，具有凸多面体规则外形的，但不同于晶体的固态物质，它们具有晶体物质不具有的五重轴。已知的准晶体都是金属互化物。物质的构成由其原子排列特点而定。原子呈周期性排列的固体物质叫做晶体，原子呈无序排列的叫做非晶体，介于这两者之间的叫做准晶体。 准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。 1984年底，D.Shechtman等人宣布，他们在急冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但并无无平移周期性的合金相，在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。不久，这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。①晶体和非晶体的区别： a．单晶体都具有有规则的几何形状，例如，食盐晶体是立方体、冰雪晶体为六角形等，而非晶体没有一定的外形。 单晶体之所以有规则的外形，是由于组成晶体的物质微粒依照一定的规律在空间排成整齐的行列，构成所谓的空间点阵。例如，实验观察到的食盐晶体是由钠离子和氯离子等距离交错排列构成的。 b．单晶体具有各向异性的特性。例如，云母的结晶薄片，在外力的作用下，很容易沿平行于薄片的平面裂开。但要使薄片断裂，则困难得多。这说明晶体在各个方向上的力学性质不同，而非晶体玻璃在破碎时，其碎片的形状是完全任意的。又如，在云母片上，涂上一层薄薄的石蜡，然后用炽热的钢针去接触云母片的反面，则石蜡沿着以接触点为中心，向四周熔化成椭圆形，这表明云母晶体在各方向上的导热性不同；如果用玻璃板代替云母片重做上面实验，发现熔化了的石蜡在玻璃板上总成圆形，这说明非晶体的玻璃在各个方向上的导热性相同。 c．晶体必须达到熔点时才能熔解。不同的晶体，具有各不相同的熔点。且在熔解过程中温度保持不变。而非晶体在熔解过程中，没有明确的熔点，随着温度升高，物质首先变软，然后逐渐由稠变稀。②晶体和非晶体可以相互转化。许多物质既可以以晶体形式存在，又可以以非晶体形式存在。如把水晶的结晶溶化，再使它冷却，可得非晶体的石英玻璃。而非晶体的玻璃，经过相当长的时间后，在它里面生成了微小的晶体，形成透明性减弱的模糊斑点。这说明晶体转化为非晶体需要一定的条件，而非晶体经过一定时间会自动变成晶体。这是因为非晶体是不稳定的，所谓非晶体物质并不是什么永不结晶的物质，而是在非晶体凝固过程中，分子还没有来得及达到能量最低处，已过早地被一定大小的内摩擦粘住，凝成固体。这时它的能量不是处于最小状态。分子将继续向能量最小的方向运动，有逐渐变成晶体的趋势 说到晶体，还得从结晶谈起。大家知道，所有物质都是由原子或分子构成的。众所周知，物质有三种聚集形态：气体、液体和固体。但是，你知道根据其内部构造特点，固体又可分为几类吗？研究表明，固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。 晶体通常呈现规则的几何形状，就像有人特意加工出来的一样。其内部原子的排列十分规整严格，比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离，必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体，内部原子的排列则是杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质，其内部排列既不同于晶体，也不同于非晶体。 究竟什么样的物质才能算作晶体呢？首先，除液晶外，晶体一般是固体形态 。其次，组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列，这样的物质就是晶体。但仅从外观上，用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么，如何才能快速鉴定出它们呢？一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析，你很快就会发现，晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。 为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来，就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架，称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。 由于物质内部原子排列的明显差异，导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例如，晶体有固定的熔点，当温度高到某一温度便立即熔化；而玻璃及其它非晶体则没有固定的熔点，从软化到熔化是一个较大的温度范围。 我们吃的盐是氯化钠的结晶，味精是谷氨酸钠的结晶，冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的雪花，是水的结晶。我们可以这样说：“熠熠闪光的不一定是晶体，朴实无华、不能闪光的未必就不是晶体”。不是吗？每家厨房中常见的砂糖、碱是晶体，每个人身上的牙齿、骨骼是晶体，工业中的矿物岩石是晶体，日常见到的各种金属及合金制品也属晶体，就连地上的泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中，除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，几乎都是晶体。晶体离我们并不遥远，它就在我们的日常生活中。 物质的10种物态
在自然界中，我们看到物质以各种各样的形态存在着：花虫鸟兽、山河湖海、不同肤色的人种、各种美丽的建筑……大到星球宇宙，小到分子、原子、电子等极微小的粒子，真是千姿百态斗奇争艳。大自然自身的发展，造就了物质世界这种绚丽多彩的宏伟场面。物质具体的存在形态有多少，这的确是难以说清的。但是，经过物理学的研究，千姿百态的物质都可以初步归纳为两种基本的存在形态：“实物”和“场”。
“实物”具有的共同特点是：质量集中在某一空间，一般有比较确定的界面（气体的界面虽然模糊，但它又是由一个个实物粒子构成）。本文开头所举的各例都属于实物。
“场”则是看不见摸不着的物质，它可以充满全部空间，它具有“可入性”。例如大家熟知的电磁波，它可以将电台天线发射的信号通过空间传送到千家万户的收音机或电视机。可以概括地说，“场”是实物之间进行相互作用的物质形态。
什么是“物态”呢？日常所知的固态、液态和气态就是三种“物态”。为什么要有“物态”的概念？因为实物的具体形态太多了，将它们归纳一下能否分成较少的几类？这就产生了“物态”的概念。“物态”是按属性划分的实物存在的基本形态，它都表现为大量微小物质粒子作为一个大的整体而存在的集合状态。以往人们只知道有固态、液态和气态三种物态，随着科学的发展，在大自然中又发现了多种“物态”。入类迄今知道的“物态”已达10余种之多。
日常生活中最常见的物质形态是固态、液态和气态，从构成来说这类状态都是由分子或原子的集合形式决定的。由于分子或原子在这三种物态中运动状况不同，而使我们看到了不同的特征。1.固态
严格地说，物理上的固态应当指“结晶态”，也就是各种各样晶体所具有的状态。最常见的晶体是食盐（化学成份是氯化钠，化学符号是NaCl）。你拿一粒食盐观察（最好是粗制盐），可以看到它由许多立方形晶体构成。如果你到地质博物馆还可以看到许多颜色、形状各异的规则晶体，十分漂亮。物质在固态时的突出特征是有一定的体积和几何形状，在不同方向上物理性质可以不同（称为“各向异性”）；有一定的熔点，就是熔化时温度不变。
在固体中，分子或原子有规则地周期性排列着，就像我们全体做操时，人与人之间都等距离地排列一样。每个人在一定位置上运动，就像每个分子或原子在各自固定的位置上作振动一样。我们将晶体的这种结构称为“空间点阵”结构。2．液态
液体有流动性，把它放在什么形状的容器中它就有什么形状。此外与固体不同，液体还有“各向同性”特点（不同方向上物理性质相同），这是因为，物体由固态变成液态的时候，由于温度的升高使得分子或原子运动剧烈，而不可能再 保持原来的固定位置，于是就产生了流动。但这时分子或原子间的吸引力还比较大，使它们不会分散远离，于是液体仍有一定的体积。实际上，在液体内部许多小的区域仍存在类似晶体的结构——“类晶区”。流动性是“类晶区”彼此间可以移动形成的。我们打个比喻，在柏油路上送行的“车流”，每辆汽车内的人是有固定位置的一个“类晶区”，而车与车之间可以相对运动，这就造成了车队整体的流动。3．气态
液体加热会变成气态。这时分子或原子运动更剧烈，“类晶区”也不存在了。由于分子或原子间的距离增大，它们之间的引力可以忽略，因此气态时主要表现为分子或原子各自的无规则运动，这导致了我们所知的气体特性：有流动性，没有固定的形状和体积，能自动地充满任何容器；容易压缩；物理性质“各向同性”。
显然，液态是处于固态和气态之间的形态。4．非晶态——特殊的固态
普通玻璃是固体吗？你一定会说，当然是固体。其实，它不是处于固态（结晶态）。对这一点，你一定会奇怪。
这是因为玻璃与晶体有不同的性质和内部结构。
你可以做一个实验，将玻璃放在火中加热，随温度逐渐升高，它先变软，然后逐步地熔化。也就是说玻璃没有一个固定的熔点。此外，它的物理性质也“各向同性”。这些都与晶体不同。
经过研究，玻璃内部结构没有“空间点阵”特点，而与液态的结构类似。只不过“类晶区”彼此不能移动，造成玻璃没有流动性。我们将这种状态称为“非晶态”。
严格地说，“非晶态固体”不属于固体，因为固体专指晶体；它可以看作一种极粘稠的液体。因此，“非晶态”可以作为另一种物态提出来。
除普通玻璃外，“非晶态”固体还很多，常见的有橡胶、石蜡、天然树脂、沥青和高分子塑料等。5．液晶态——结晶态和液态之间的一种形态
“液晶”现在对我们已不陌生，它在电子表、计算器、手机、传呼机、微型电脑和电视机等的文字和图形显示上得到了广泛的应用。
“液晶”这种材料属于有机化合物，迄今人工合成的液晶已达5000多种。
这种材料在一定温度范围内可以处于“液晶态”，就是既具有液体的流动性，又具有晶体在光学性质上的“各向异性”。它对外界因素（如热、电、光、压力等）的微小变化很敏感。我们正是利用这些特性，使它在许多方面得到应用。
上述几种“物态”，在日常条件下我们都可以观察到。但是随着物理学实验技术的进步，在超高温、超低温、超高压等条件下，又发现了一些新“物态”。6．超高温下的等离子态
这是气体在约几百万度的极高温或在其它粒子强烈碰撞下所呈现出的物态，这时，电子从原子中游离出来而成为自由电子。等离子体就是一种被高度电离的气体，但是它又处于与“气态”不同的“物态”——“等离子态”。
太阳及其它许多恒星是极炽热的星球，它们就是等离子体。宇宙内大部分物质都是等离子体。地球上也有等离子体：高空的电离层、闪电、极光等等。日光灯、水银灯里的电离气体则是人造的等离子体。7．超高压下的超固态
在140万大气压下，物质的原子就可能被“压碎”。电子全部被“挤出”原子，形成电子气体，裸露的原子核紧密地排列，物质密度极大，这就是超固态。一块乒乓球大小的超固态物质，其质量至少在1000吨以上。
已有充分的根据说明，质量较小的恒星发展到后期阶段的白矮星就处于这种超固态。它的平均密度是水的几万到一亿倍。8．超高压下的中子态
在更高的温度和压力下，原子核也能被“压碎”。我们知道，原子核由中子和质子组成，在更高的温度和压力下质子吸收电子转化为中子，物质呈现出中子紧密排列的状态，称为“中子态”。
已经确认，中等质量（1.44～2倍太阳质量）的恒星发展到后期阶段的“中子星”，是一种密度比白矮星还大的星球，它的物态就是“中子态”。
更大质量恒星的后期，理论预言它们将演化为比中子星密度更大的“黑洞”，目前还没有直接的观测证实它的存在。至于 “黑洞”中的超高压作用下物质又呈现什么物态，目前一无所知，有待于今后的观测和研究。
物质在高温、高压下出现了反常的物态，那么在低温、超低温下物质会不会也出现一些特殊的形态呢？下面讲到的两种物态就是这类情况。9．超导态
超导态是一些物质在超低温下出现的特殊物态。最先发现超导现象的，是荷兰物理学家卡麦林·昂纳斯（1853～1926年）。1911年夏天，他用水银做实验，发现温度降到4.173K的时候（约-269℃），水银开始失去电阻。接着他又发现许多材料都又有这种特性：在一定的临界温度（低温）下失去电阻（请阅读“低温和超导研究的进展”专题）。卡麦林·昂纳斯把某些物质在低温条件下表现出电阻等于零的现象称为“超导”。超导体所处的物态就是“超导态”，超导态在高效率输电、磁悬浮高速列车、高精度探测仪器等方面将会给人类带来极大的益处。
超导态的发现，尤其是它奇特的性质，引起全世界的关注，人们纷纷投入了极大的力量研究超导，至今它仍是十分热门的科研课题。目前发现的超导材料主要是一些金属、合金和化合物，已不下几千种，它们各自对应有不同的“临界温度”，目前最高的“临界温度”已达到130K（约零下143摄氏度），各国科学家正在拼命努力向室温（300K或27℃）的临界温度冲刺。
超导态物质的结构如何？目前理论研究还不成熟，有待继续探索。10．超流态
超流态是一种非常奇特的物理状态，目前所知，这种状态只发生在超低温下的个别物质上。
1937年，前苏联物理学家彼得·列奥尼多维奇·卡皮察（1894～1984年）惊奇地发现，当液态氦的温度降到2.17K的时候，它就由原来液体的一般流动性突然变化为“超流动性”：它可以无任何阻碍地通过连气体都无法通过的极微小的孔或狭缝（线度约10万分之一厘米），还可以沿着杯壁“爬”出杯口外。我们将具有超流动性的物态称为“超流态”。但是目前只发现低于2.17K的液态氦有这种物态。超流态下的物质结构，理论也在探索之中。
上面介绍的只是迄今发现的10 种物态，有文献归纳说还存在着更多种类的物态，例如：超离子态、辐射场态、量子场态，限于篇幅，这里就不一一列举了。我们相信，随着科学的发展，我们一定会认识更多的物态，解开更多的谜，并利用它们奇特的性质造福于人 。
全球化 大团结 省自我 爱众生