第二种不可能

《第二种不可能》是物理学家保罗·斯坦哈特耗时三十五年的科研手记，也是一场跌宕起伏的科学探险纪实。全书以第一人称讲述准晶体的发现之旅：传统物理学认定五重对称有序物质绝无存在可能，而作者与学生敏锐抓住经典定律的漏洞，大胆提出准晶理论，顶着学界质疑，从理论推演、实验室合成，远赴远东深山寻觅天然样本，最终证实了这种全新物质形态的存在。 书中厘清了两种“不可能”的本质区别：真正物理规则无法实现的是第一种不可能；固守权威、局限固有认知而否定新生事物，便是阻碍科学进步的第二种不可能。作品褪去科研文献的枯燥，兼具侦探小说的悬念与科普读物的通俗，既展现了前沿材料科学的魅力，更诠释了质疑权威、持之以恒的科研精神。它不仅记录了一次改写物质认知的重大突破，更教会读者打破思维桎梏，在看似无解的绝境中探寻全新可能，适合科学爱好者与愿意突破固有思维的所有读者阅读。

#科学大师书系：第二种不可能 The Second Impossible 这本书是11月才出版的，我是第一个读者。这段时间发现，很多科学类的书籍读者都寥寥，除了知名度很高的已故著名物理学家霍金所著的《时间简史》。大部分读者还是喜欢消遣类的作品，是的，生活已经很不容易了，何必让自己太累？ 历时35年的科学冒险，讲述不可能存在的物质——准晶的发现故事。20世纪80年代初，保罗·斯坦哈特和他的学生在一条堪称完美的科学定律中发现了一个漏洞，这个漏洞让他们意识到创造新物质形式的可能性。在此基础上，他们发展出一种理论，描述了长期以来被认为“不可能存在”的新物质形式——准晶 quasicrystal. “第一种不可能”意味着数学上或物理上就无法实现，如1+1不可能等于3、不可能制造出永动机。“第二种不可能”则是事件发生的几率太低而“不可能”，如“猴子写出莎士比亚诗句”，但这第二种不可能往往意味着重大发现。 两千多年前，柏拉图就提出数学上只存在五种正多面体，被称为“柏拉图多面体”，柏拉图以此构造他的宇宙模型，并提出“第五元素假说”（因为希腊人认为只存在“风火水地”四种基本元素）。现代科学家发现，自然界中存在着以前三种柏拉图多面体构造的天然晶体，（如钻石是正四面体、食盐晶体是正六面体），但找不到以后两种柏拉图多面体（即正12面体和正20面体）构造的晶体。原因其实也很简单：以这两种多面体为基本单元，无法填满整个空间。 作者发现，以一种“彭罗斯拼图”为基本单元的模式，可以以“非周期性”的方式填满空间，这种模式在数学上是可行的，而且具有“五重对称性”，也就是说“准正12面体”和“准正20面体”结构的“准晶体”，理论上是可以存在的，只是因为太难形成而成为“第二种不可能”。 在理论的指引下，他们逐步走出实验室，跨越大洲和大洋，走进堪察加半岛，最终发现了隐藏在大自然中来自陨石的天然准晶。 保罗·斯坦哈特想通过自己的故事告诉大家，如果一个人可以揭露潜在的假设并找到长期被忽视的漏洞，第二种不可能将会是一座潜在的“金矿”，这将是科学家获得突破性发现的难得机会，也许是一生唯一的机会。

《第二种不可能》讲的是一个科学冒险的故事，充满悬念和反转，但所述却都是再真实不过的事情。作者保罗·斯坦哈特，正是新物质准晶的发现者之一。 前言 为期30年的探索 从作者后续在自然界的探险经历讲起。作者保罗·斯坦哈特是一名理论物理学家，来自普林斯顿。他此时带领一个由俄罗斯、意大利和美国科学家组成的团队去寻找一种在太空中穿行了数十亿年的稀有矿物，这可能是一次无望的探索。 大多数时候，科学家所说的“不可能”指的是一些真正不可能的事情，比如违反能量守恒定律或创造永动机。而另一种情况下，一个想法之所以被判断为“不可能”，是基于在某些从未被考虑过的情况下可能会违反的假设，即“第二种不可能”。第一种不可能，意味着无法实现，第二种不可能，意味着惊人发现。 第一部分，让不可能成为可能 1，不可能 在作者刚刚阐述完一种描述新物质的革命性概念后，著名的费曼先生脱口而出“不可能！” 费曼先生是作者的一位导师，教给他最重要的事情之一是，一些最令人兴奋的科学惊喜就藏在日常现象中，需要做的就是花时间仔细观察，然后提出一些好问题。对任何不同领域的探索都是可以接受的，前提是一切都是在好奇心的引导下进行的。 “愚蠢”是费曼对每个人（包括他自己）都会使用的一个词，目的是将注意力集中在错误上，以防再犯同样的错误。但他所说的“不可能”并不一定意味着“无法实现”或“荒谬”。有时意味着，“哇！这里有一些惊人的发现，与通常所认为的真实事物相矛盾，非常有了解的价值”。 之后，是关于晶体学的历史。1801年，阿维的杰作《矿物学概论》出版，汇集了他的研究结果，展示了他在收集样品时发现的“晶体对称定律”。他证明矿物是由某种原始的建构模块构成的，他称之为“构成分子”，它们不断重复排列，从而形成矿物。同类矿物由相同的建构模块构成，无论它们来自世界的哪个地方。随后，英国科学家约翰·道尔顿提出，所有物质，不仅是矿物，都是由不可分割、不可摧毁的一种单元构成的，这种单元就是“原子”。道尔顿把古希腊哲学意义上的原子假说变成了可检验的科学理论。道尔顿得出结论：原子是球形的。 人们探索了几十年，最终促成了一个新的关键科学领域的诞生，即“晶体学”。基于严格的数学原理，晶体学也对其他科学领域产生了巨大影响，包括物理学、化学、生物学和工程学。晶体学成功地解释了与许多不同学科相关的诸多物质的属性，被视为19世纪伟大的科学成就之一。 晶体学基础的三个原理是：第一，只要有足够的时间让原子和分子有序排列，所有纯物质（如矿物）都会形成晶体；第二，所有晶体都呈原子的周期性排列，这意味着它们的结构完全由阿维的其中一种原始建构模块构成，即单个原子团簇以等间距在任何方向上不断重复排列；第三，每一种周期性的原子排列都可以根据其对称性来分类，并且可能的对称类型是有限的。 “周期性平面填充”常见于厨房、天井、浴室和入口通道的铺设，通常由5种基本形状中的一种构成：矩形、平行四边形、三角形、正方形或六边形。不存在其他构成周期性平面填充模式的基本形状。一重、二重、三重、四重和六重对称性是二维周期性模式允许的所有旋转对称。五重对称性是不可能的。但这不是唯一被禁阻的对称性，被禁阻的还有七重、八重和其他更多重的对称性。 只有特定的模式才能在不产生间隙的情况下组合在一起。晶体在不同的观察方向上有不同的旋转对称性。规律性重复的三维结构和周期性晶体唯一可能的对称性是一重、二重、三重、四重或六重。从这个核心衍生，可能的对称性从14种增加到230种。但在所有这些可能性中，五重对称性在任何方向上都是被禁阻的。也就是说，五边形地砖的铺设，会产生空隙。 将X射线沿着旋转对称线穿过晶体，所得到的衍射图像就具有与该旋转对称性完全相同的对称性。用X射线沿不同方向照射晶体，可以揭示其原子结构所具有的全部对称性。通过控制X射线的波长和方向，他们发现精确的衍射图像不仅可以用来重建对称性，还可以用来重建整个晶体的详细原子排列，这些针点被称为“布拉格尖峰”。 当不同的原子团以不同的间隔重复出现，数学家称这种模式为“准周期”。因此，作者将自己的理论发现简称为“准周期晶体”或“准晶”。 2，彭罗斯难题 作者在本章中，从理论上解释五重对称性是如何被攻克的。作者设计了一种软件，可以基于原子键沿着不同方向的排列程度来测试，并可以给每一种对称性打分。不可能的二十面体对称性，一种被禁阻的对称性的得分比其他对称性的得分高得多。二十面体不能面对面、边对边或以任何不在它们之间留下大间隙的方式整齐地拼合在一起。他因为这个有趣的发现，收获了学生莱文。 彭罗斯填充，代表一种数学难题的平面填充，因为彭罗斯经常手绘解决而闻名。喜欢这项爱好的数学家已经讨论了很多年：有没有可能找到一组地砖，可以不留缝隙地铺满地板，而且只能以非周期性的方式来铺？ 1974年，彭罗斯取得了重大突破，他用两种填充形状就解决了这道难题，“风筝”和“箭头”，每个填充形状都标有圆弧。只有当接缝边缘两侧的丝带匹配时，两个图形才能边对边地连接在一起。遵循这一“匹配规则”可以防止图形出现任何规律性的重复模式。基于这个结论，作者和莱文构建出了一个更简单的版本，这种平面填充由一对宽菱形和窄菱形构建而成。 彭罗斯平面填充的第一个显著特征是，它们有一种微妙的五重旋转对称性。从技术上来讲，彭罗斯平面填充不仅具有五重对称性，实际上还具有十重对称性。根据平面填充的数学原理和晶体学的既定定律，这两种对称性都是被严格禁阻的。这意味着晶体学定律肯定存在错误的假设，而且200多年来都没有人发现。 彭罗斯平面填充遵循一种叫作“收缩规则”的规律。也就是说，彭罗斯平面填充中的每个宽菱形和窄菱形都可以被细分成更小的碎片，从而创建另一个彭罗斯平面填充。相反的过程也是如此，即用更大的平面填充替换更小的一组，这被称为“膨胀规则”。收缩规则和膨胀规则证明彭罗斯平面填充有某种可预测的层级结构。 3，找到漏洞 作者发现数学家罗伯特·安曼已经独立发现了使菱形强制产生五重对称性的匹配规则，类似于彭罗斯的发现。令人难以置信的是，他还发明了另一套具有匹配规则的图形，可以强制实现同样不可能的八重对称性。安曼线提供了避开那些既定定律的线索，并解释了彭罗斯平面填充中神秘的对称性。 最重要的两点分别是两个通道宽度之间的比值和它们在模式中重复的频率。这两个特征——比值和序列，与两个非常著名的数学概念有关，分别是“黄金分割率”和“斐波那契数列”。黄金分割率本身与五边形的几何形状直接相关， 由两个以不同频率重复的元素组成的序列，其元素出现的频率的比值是一个无理数，这样的序列被称为“准周期序列”。一个准周期序列永远不会出现相同的重复。 晶体学的基本定律是：如果填充图形或者原子的排列图案是周期性的，以单一的重复频率出现，那么只有某些特定的对称性是可能的。特别是，对于周期性的原子排列来说，沿任何方向的五重对称性都是不可能的，我们可以称之为第一种不可能，即绝对不可违反。而任何类型的物质都不可能具有五重对称性，其实是第二种不可能。基于一种并非总是有效的假设。 彭罗斯平面填充虽然是有序排列的几何案例，但不是周期性的。它是准周期性的，它具有以两种不同频率重复的填充图形或原子，重复的次数之比是无理数。这就是作者一直在寻找的漏洞。 科学家一直假设原子在物质中总是呈周期性或随机性排列，而从未考虑过准周期排列。如果真实的原子可以以某种方式排列成一种模式，以两种不同的频率重复，这两种频率的比例是无理数，那么它将是一种全新的物质形式。 4，双实验室并行记 自从发现准周期排列是利用禁阻对称创造新物质的关键，作者就一直在按照自己制订的计划发展关于新物质形式的理论，其目标是用准周期排列创造出一个三维结构：一个具有禁阻对称性的二十面体。这个二十面体就像每个其他三维物体一样，在不同方向具备不同的旋转对称性。禁阻五重对称沿着6个不同的方向出现。 虽然准晶有可能从数学上得到证明，但是相比于简单的周期性晶体，准晶过于复杂以至于不太可能在真实世界存在。他们需要用实验证明存在可以排列成真实准晶的原子组合。 谁知，有人已经在做这件事情了。 马里兰州盖瑟斯堡，在美国国家标准局担任客座显微镜学家的以色列科学家谢赫特曼，其任务是使用电子显微镜来对样本进行研究、识别和归类。实验室的冶金学者对创造由铝和锰组成的合金尤其感兴趣。1982年4月8日，谢赫特曼用显微镜分析了一件快速淬火后制成的铝锰合金样本，这个样本有着微小的羽毛状颗粒，近似于五边形。每个人都认为，这种奇怪的衍射图像可以被解释为某种被称为“反复孪晶”，指向着不同角度延伸的三颗或更多晶粒结合在一起。 但再次观察和实验中发现，无论从铝锰合金样本的哪个部分看，他发现的都是不可能的十重对称。与作者的准晶理论不一样的是，谢赫特曼和布莱克设计的模型不是准周期性的，是随机性的。不幸的是，谢赫特曼-布莱克模型的相关论文被拒了。 5，振奋人心的故事 本书作者的朋友，科学家戴维·尼尔森同他见面时，给他看了一篇文章《一种长程定向有序但不具有平移对称性的金属相》。这篇预印论文的作者，正是谢赫特曼和布莱克。 保罗以为他和莱文的成果被剽窃。但后来发现这片论文仅仅宣布了实验数据，没有进行理论解释。论文里经过实验测量的衍射图像，和作者与莱文为准晶预测的衍射图像波峰，一模一样。是的，在作者以理论假设准晶结构的同时，实验室中，已经生成了同样结构的铝锰合金。两支科学团队在完全不知道对方付出的情况下，成功地获得了完全独立但绝对互补的科学突破。 作者发表了论文，将这种物质形式的名字介绍给科学界：“准晶——一种新型的有序结构体。” 两支科学团队，也终于见面了，其过程令人心醉、耗尽心力却又振奋人心。当这项科学突破在全世界传播开来时，作者惊讶地发现世界其他地方也有科学家一直在进行相关研究。在这些科学家与其沟通想法之后，他完善了自己的理论。推测同时具备所有3种特性的填充图案可能是理解真实的原子熔液如何凝聚成准晶的关键。这3种特性分别是匹配规则（互锁结构）、安曼面和收缩-膨胀规则。准晶的生成方式都将遵循这三种特性之二或全部。 作者与其他科学家继续研究探讨，最后发现，对于三维的二十面体对称来说，存在同时符合匹配规则、安曼面以及收缩-膨胀规则的建构模块。它们具有二维彭罗斯平面填充的所有特性，但对称性要复杂得多。这项研究有望解释真实生活中具备二十面体对称性的准晶。他制造了这样的三维建构模块。这个概念已经从抽象的二维彭罗斯平面填充世界延伸至真实的三维物质世界。但科学界有一个越来越强烈的共识：准晶是不可能真实存在的。 6 ，完美的不可能 这个理论可能在科学界引发了很大的轰动，并催生了一系列不可思议的新发现。科学家开始将铝和除锰以外的其他元素合成在一起，发现了更多具有二十面体对称性的准晶合金。他们发现一种材料具备八重对称，还有具备十重对称和十二重对称的，这些都坚实地证明了具备其他对称的物质是存在的，而在此之前，这被认为是不可能的。 而批评的声音也很多，比如诺奖得主鲍林认为所有已经被发现的特殊合金都属于反复孪晶的复杂案例；还有人提出了二十面体玻璃模型理论。科学界迟迟不肯接受准晶的另一个原因是，准晶从本质上来说更加理论化，它主要基于对彭罗斯平面填充的详尽研究。真正的准晶是不可能获得的，因为没有一种看似合理的方式来“生成”准晶。生成过程中会出现许多缺陷，所以形成任何类似于真实准晶的物质都是不可能的。 这场争论被两次突破化解了，一次来自理论，另一次来自实验。理论上的突破伴随着一种替代性规则的发现，它可以替代彭罗斯的互锁规则，称之为“生成规则”。日本的蔡安邦则和他在日本东北大学的合作团队宣布发现了一种漂亮的新二十面体准晶，由铝、铜和铁元素合成。这是首个毫不模糊、真实可信的二十面体准晶样本。 准晶最终被认可为一种真实的物质形式。不过，难道它只能在实验室里被合成？ 第二部分，追索开始了 7 ，自然打败过我们吗 肯·德菲耶这位地质学者，想了解有没有人知道自然界中是否存在准晶。国际衍射数据中心旨在从全世界的实验室收集关于物质材料及其X射线粉末衍射图像的信息。专家通常使用该数据库来对比他们正在研究的衍射图像和之前已知材料的衍射图像。 将X射线照向聚集在一起的颗粒，就产生X射线粉末衍射图像，这类图是将所有颗粒的衍射图像合并在一起形成的。将锐利的针点衍射图像放在转盘上快速转动，每个点都会变成一个模糊的圆圈。作者和学者陆述义竟然通过圆圈的间隙和亮度等信息，识别出了潜在的准晶，并推测出雪花状衍射图像。 将合成准晶作为不粘锅涂层是这种新物质形式早期的商业应用之一，该涂层由法国准晶学家让-玛利·杜布瓦及其研究团队设计并取得专利，这种涂层顺滑，耐性更好。 但作者的团队识别、收集并检测的所有矿石都不含准晶。 8，新伙伴卢卡·宾迪 宾迪是佛罗伦萨大学附设的自然历史博物馆矿物部的主任，并提出想帮忙研究该博物馆藏品中发现的任何潜在准晶的候选矿石。他决定专注于稀有矿石，只聚焦于包括金属铝和铜的矿石。铝锌铜矿石被列在国际矿物学协会的官方目录中，这意味着它的构成和周期结构已被广为人知。宾迪发现一块“铝锌铜矿石”的矿石颗粒包含着非常复杂的构成物质。通常都认为二铝铜晶体是该矿石的主要组成部分。宾迪唯一的目标就是尽快分离出单个的矿石颗粒，这样就能取得X射线衍射图像。 分析发现，其中的一些颗粒很有可能包含天然准晶。只是这些颗粒太小了。 9 ，“准”新年快乐 学者姚楠和作者都认为，他们应直接跳到最重要的检测上：对样本的单个晶粒进行穿透式电子衍射。 穿透式电子衍射的优点是，它利用的是一束精确聚焦的电子束，这束电子束能对准一片碎屑内的很多不同晶粒中的一个微小晶粒进行穿透，结果就会得到一幅直接的衍射图，它可以揭示原子排列的对称形式。 但检测这份样本是一项艰巨的挑战。首先需要把颗粒从玻璃纤维上移下来，将其分成很多微观的单个晶粒；然后在所有这些晶粒中挑选，找到对于电子束来说足够薄且可以穿透的晶粒。 排除万难以及历尽千辛之后，他们得以操作成功，他们的晶粒产生了一种漂亮的菊池图样。这份图样包含十根辐条，以十重对称的形式排列，一组针点衍射圆点，它们以雪花状样式排列，构成五边形和十边形，这是理想的二十面体准晶的标志性图像。 这是天然准晶的首次发现时刻。这颗晶粒有着完美的二十面体对称性。两种物质从世界的两端得来，一个是在日本的一家实验室里制造出来的，另一个是天然形成的，来自意大利。现在，这两块矿石被发现有着近乎完美的匹配度。 10，当你说这不可能的时候 岩石学专家霍利斯特对他们成果的质疑是：他们在佛罗伦萨的样本中发现的准晶是自然形成的，形成过程没有受到严格的控制，并且跟其他矿物质一起挤在合金里。准晶和晶体铝锌铜矿石都包含游离态的金属铝。但他声称，自然界中还没有出现过游离态金属铝或任何包含铝金属合金的样本。我们日常生活中遇到的金属铝都是由从氧化铝中分离出来的游离态金属铝合成的。 如果要给出某种自然的解释，就必须得找到铝金属轻松地与氧分离的情况。这需要极高的压力，只有地表3000米以下接近地核-地幔边界的地方才有可能具备这种条件。还需要一种机制，它能将游离态金属铝带到地表上来，这个过程要非常迅速，以免矿物质分解，以及在带回的过程中铝和氧发生反应。 地球科学家杰森·摩根曾经提出了一个理论：地壳中有可能存在超级地幔柱，一种从地核-地幔边界向地表喷涌的管状物质。这种方法可以将游离态金属铝带到地表。霍利斯特说，如果样本是在地核-地幔边界形成的，并通过超级地幔柱被带到了地表，那么这将是这一理论的首个直接证据。” 而麦克弗森声称，从未有人见过任何包含游离态金属铝或铝合金的样本。 这二人的论点都基于一系列合理但没有经过证明的科学假设之上。 11 蓝队与红队的对决 作者认为，让霍利斯特和麦克弗森加入研究至关重要。他们四个人的专业知识会形成互补，而且极度怀疑态度对研究来说也是一种优势。就像费曼先生曾说过：“首要原则是：你绝不能欺骗自己，而你又是最容易被自己欺骗的人。” 在关于准晶的研究上，霍利斯特和麦克弗森都是反对者，他们是红队的完美人选。作者和宾迪代表蓝队，主要负责收集探索性的证据。 许多科学家已经发表了很多论文来论证大自然中发现纯游离态金属铝的事实。这种铝就是不与铜或其他金属混合的铝，是纯铝，与样本中的铝一样。作者购买了许多材料样本。不同的科学论文提出的理论也各不相同。 12 上帝若非有意捉弄，就是太过任性 这些材料样本里都没有准晶，看起来，蓝队要败了。 但是，有确凿的证据证明，佛罗伦萨的铝锌铜样本和其中的准晶是天然的。他们也在论文中明确了这一点。一篇论文如果如实地呈现支撑证据，再加上明确说明论文的局限性，那么它在科学上就是真实可信的。发表后的影响喜忧参半。而红队依然认为没有天然的准晶。 13 神秘的秘密日记 继续追溯那块佛罗伦萨的样本。矿石商人科克科克的一本秘密日记，是用来记录那些存在合法性问题的采购，包括在可疑情况下获得的矿物的。 14 关键人物——瓦列里·克里亚奇科 根据尼柯·科克科克的秘密日记，佛罗伦萨的铝锌铜矿石样本来自列昂尼德·拉津。抽丝剥茧之后，发现矿石是由一个叫克里亚奇科的俄罗斯人发现的。在克里亚奇科进入研究生院之前，拉津给他提供了一个获得宝贵田野调查经验的机会。1979年，拉津派年轻的克里亚奇科前往里斯特芬尼妥伊支流寻找铂。就是在这个过程中，克里亚奇科找到了矿石，并交给了拉津。 可以得出的结论是，拉津根据克里亚奇科的口述内容写了那篇论文，但没有邀请他作为合著者。 15 罕见之物中包藏着某种不可能 加州理工学院教务长、著名地质学家埃德·施托尔珀坚定地认为样本不可能是合成的：“这绝对不是渣滓，也不是人工产物。”他建议分析样本中稀有氧同位素的“丰度”。 结果是，在佛罗伦萨的铝锌铜矿石样本中发现了重矽石，因而，这份样本确实是天然的。创造它所需的压力在任何工业过程中都是不可能达到的。重矽石是超高压现象的标志，这种超高压力远远超出了地球表面发生的任何正常地质活动所能达到的压力。 样本中的重矽石围绕着二十面晶体，准晶在形成重矽石所需的高压下被留存下来的事实揭示了一条重要信息，即当重矽石形成时，准晶就已经存在，它们一起以某种方式承受住了与人类活动毫无关联的超高压力。这就是霍利斯特和麦克弗森一直在寻找的自然源头的直接证据。 16 二十面体石 国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会承认了作者发现的准晶是一种天然矿物，也接受了提议的名称“二十面体石”，这是对第一个被列入官方目录的已知具有二十面体对称性的矿物质的恰如其分的命名。 第三部分　去堪察加半岛，否则等着“项目流产”吧 这一部分，都是关于野外考察和收集矿石的惊险经历，无比坎坷，跌宕起伏，却也无比让作者怀念。 17 失踪 作者招募了一支专家团队，并在不到10个月的时间完成了所有的规划和准备工作。探险队由7名俄罗斯人、1名意大利人和5名美国人组成的国际团队聚集在一起，还有一只俄罗斯蓝猫。他们开了两辆卡车，而有一辆，差点失踪。 18 失而复得 在作者慌乱之际，另一辆载着他儿子的卡车终于出现。 他们会采蘑菇来补充食材，他们还会遇到熊。他们的卡车一会儿驱动行驶，一会儿漂流，就这样一路漂过了哈泰尔卡河。在泥泞和步履坎坷的跋涉后，在风餐露宿之后，在蚊虫和寒冷交替攻击下，他们找到了一些拉津论文中的那种蓝绿色黏土。 19 99% 他们都假设蓝绿色黏土与佛罗伦萨的那份样本之间存在直接联系，因而，他们决定将搜索重点放在能找到蓝绿色黏土的地方。但蓝绿色黏土中都不含任何金属或陨石硅酸盐物质。团队给出的建议是，继续瞄准蓝绿色黏土，同时扩大视野，将最近沉积在里斯特芬尼妥伊支流的其他类型的黏土也包括进来。 看起来一无所获。8月5日，这里已经进入冬天，他们差点儿没能及时赶出来。但每个人都同意。那份样本的确是一块陨石碎片。可找到天然准晶的可能性极小，失败的可能性高达99%。 20 取得突破 宾迪找了很久，发现5号颗粒中的原子排列具有不可能的五重对称性，这种对称性只有在准晶中才能被找到。是的，他们找到的是一种比地球本身更古老的物质，它们将带来新的可能性。 21 奇迹之人 指的是宾迪。因为他在那些采集的矿物颗粒中，找出了不同的东西。 121号颗粒是一个其貌不扬的土块和粘在周围的物质，却蕴藏着关于太阳系诞生的重要信息。陨石球粒含有复杂的矿物混合物，微小的白色物质碎片。这些碎片是铜铝矿石。它是迄今为止最直接的证据，表明该陨石中的铝铜合金形成于45亿年前的太空。 5个月后，麦克弗森负责起草了第一篇关于探险结果的科学论文《哈泰尔卡，俄罗斯东部科里亚克山脉新发现的CV3陨石》，于2013年8月2日发表在期刊《陨石学与行星科学》上，汇聚了探险队每个成员以及没去探险的人的贡献，命名陨石为哈泰尔卡。论文中附带了大量图像，内容非常详细，包括对发现样本的原始黏土层的描述，以及对每份样本的矿物成分和氧同位素丰度的测量数据。 但反对者认为，无论是在地球上还是在太空中，准晶和含金属铝的合金都不可能通过任何自然过程产生。 22 大自然的秘密 作者和团队集结了新的科学家团队来继续推进研究。一路走来，虽然经历过惨痛的失败，但也在非常短的时间内获得了非凡的进步和洞见：比如哈泰尔卡陨石经历了迄今为止在CV3碳质球粒陨石中检测到的最强烈的撞击之一；比如通过测量非典型的氦同位素和氖同位素的百分比，测量出陨石暴露于宇宙射线下的时间，列出了哈泰尔卡陨石太空之旅的时间表等。 更重要的一点，是证明了硅酸盐和金属在太空中能够共存，并且经历了相同的物理条件。矿石样本中的准晶是在太空中生成的。 本书非常非常值得一读，正如所有关于科学的故事，永远都那么惊心动魄，扣人心弦。

《第二种不可能》是一部结合科学探险与侦探故事的科普作品。作者保罗·斯坦哈特讲述了自己历时三十五年的科研旅程：他在上世纪八十年代发现了一条“完美”科学定律中的漏洞，进而提出一种理论上“不可能存在”的新物质形态——准晶。为了验证这一假设，他跨越 continents，深入堪察加半岛等地进行实地考察，最终在自然界中找到了天然准晶，由此改写了物质结构认知。书中借这段经历说明：科学中的“不可能”往往只是尚未被发现的“金矿”，只要敢于质疑和探索，就可能迎来突破性发现。

一场精彩的科学探索之旅，本书讲述了“准晶”这一曾经被传统晶体理论认为不可能存在的物质的前世今生。 从普林斯顿大学到勘察加半岛，从“准晶”这一理论概念的提出到人工合成制造再到天然准晶的发现，历经三十余年，保罗·斯坦哈特及其团队的这场发现之旅终于画上了句点。它就像现代科学发展历程的一幕缩影，是对于不可能的突破。而这场旅程所展现出的科学精神同样值得被我们记住。 全书跌宕起伏，即便读者对于物理学完全不了解，也可以把本书当作一部小说来读。

固体物理里的那道题引发的研究啊

这本书配得上罗列在本书正文前面的所有赞誉。讲了一个非常符合波普尔关于科学的定义的科学发现的故事，就是通过“不断证伪”，来接近真相或真理。多国科学家的合作，大家都没有太多争名夺利的私心（从他们团队申请命名的三种不同的“合金”名字可知一二），既有奇迹般的发现，又为今后的研究打开了大门。有关无缝拼接的问题（胖菱形和瘦菱形），是纯粹来源于数学；关于对称的问题，在四维空间和“射影几何”里都有这个的应用；所以作者，他是个宇宙物理学家，提出现在的宇宙是两个三维宇宙碰撞的结果这一假想，数学、物理、化学（准晶体）奇妙地结合在一起。能进行如本书中所写的科研，是人类应该共同努力的目标。本书写得一点儿都不枯燥，推荐读这本书，培养一下科学观。在传统的“三观”之外，应该增加“科学观”的修养。

这是我读的最快的一本科普书，读的过程像看小说一样有趣，我佩服作者作为一个学者能把发现准晶的过程讲的这么生动有趣，而且没有那种乏味的自夸/突出自己在这场研究中的重要性，全文出现了n个人物名，我真的会为这种不邀功，不独揽结果的做法而感动。全文读起来没有那些提高阅读门槛的专业名词，就算有，作者也解释的很清楚了。不过衍射图像的形成和平铺自锁结构确实是有点难懂，但是！！真的不影响这本书内容的有趣和好读

在科学研究中所体会到的各种趣味和惊喜，以及对壮美的大自然、奇妙的宇宙历史的感受。

《第二种不可能》(The Second Kind of Impossible: The Extraordinary Quest for a New Form of Matter)讲述了科学家们对准晶的探索过程，这种物质似乎违反了已知的物理规律，因此被称为“第二种不可能”。符合我们所谓从0到1从无到有的重大原始创新，这本书详述了这个过程，为我们撩开了从0到1这个神秘的面纱。我从这个角度读这本书，因为缺乏从0到1就意味著，一旦外部环境发生变化，中国就可能会陷入被动地位。 从这本书感悟到： 为什么中国人从0到1不行,从1到99人才辈出？ 这个故事可以很好地印证维克托尔创新雨林的七条法则。套入上述法则，相对他们而言，作者身处的是雨林环境，我们是农田。我们的弯道超车其实要有一定条件。让我们以本书科学家们对准晶的探索过程印证七条法则： 第一，打破规则，追逐梦想： 在雨林中，科学家们必须接受并相信打破旧规则和伟大抱负是可以接受的。故事主人公很早就意识到，每当一个想法因为被认为“不可能”而被摒弃时，其实应该给予更多重视。大多数时候，科学家所说的“不可能”指的是一些真正不可能的事情，比如违反能量守恒定律或创造永动机。追求这些想法从来都没有意义。正如本书所述具有二十面体对称性的矿物在自然界中是不可能存在的，他们发现的奇怪的金属铝合金也是如此，因为这在陨石中是前所未有的。但是，有时候，一个想法之所以被判断为“不可能”，是基于在某些从未被考虑过的情况下可能会违反的假设，我称之为“第二种不可能”。 如果一个人可以揭露潜在的假设并找到长期被忽视的漏洞，第二种不可能将会是一座潜在的“金矿”，是科学家获得突破性发现的难得机会，也许是一生唯一的机会。 然而，在我们的农田中，环境要求循规蹈矩，即使有很少人愿意冒险尝试新的思路或方法，但研发经费更倾向于遵循传统的做事方式，这限制了创新的空间和可能性。 第二，敞开大门，倾听他人： 在雨林中，本书科学家们敢于与不同国家不同领域的专家合作，他们分享样本、最高端的设备及我们称得上的绝密数据库，共同探索未知领域。他们愿意敞开心扉，分享知识和经验，包括多名大学三年级学生，这种开放和合作的态度使得雨林成为了创新的温床。他们的团队成员遍布世界各地，包括佛罗伦萨、波士顿、莫斯科、华盛顿特区、休斯敦、西拉斐特、帕萨迪纳、约翰内斯堡和普林斯顿。 然而，我们所有人，很少有人能够真正与他人敞开心扉，深藏不露和城府深被视为聪明和谨慎的表现。更加不可能如本书科学家一样愿意把反对者加入团队，我们更倾向于保持警惕和戒备，而不愿意与他人分享我们的想法和计划。这种谨慎和警惕的态度限制了人们与他人的合作和交流，阻碍了创新的发展。不同国家的合作和交流因为语言及国际政治环境存在着隔阂和猜忌。这种封闭和排他的氛围限制了信息的流动和合作的展开，阻碍了创新的发展。 第三，诚信，并且相信他人： 对于来自佛罗伦萨的样本中的铝合金是否是矿渣时，主人公说他的首要原则是：你绝不能欺骗自己，而你又是最容易被自己欺骗的人。在雨林中，科学家们需要保持诚实和可信的态度，确保他们的研究结果是准确的，并且能够通过同行评审的检验。他们明白，在科学研究中，诚实和透明是基本原则，任何数据都必须经过严格验证，才能被科学界所接受。本书科学家正是致力于准确地报告他们的研究成果，把失败的研究也写成论文，不会隐瞒数据或篡改结果。本书通过他们30年的探寻、追索、求证之路，给我们展示，他们是怎么谨言慎行，他们也知道，失信于人将会失去科学界的信任和声誉，因此他们注重维护自己的诚信形象，以确保自己的研究成果得到认可。 然而，在农田中，市场化信用尚未完全建立起来，研发者们更趋于功利性，他们可能会选择隐瞒真相或歪曲事实，以谋取个人利益或维护自己的地位。这种信任基础的薄弱社会会导致人们之间缺乏诚信，容易出现欺骗和不诚实的行为。这种不诚实的行为不仅破坏了合作关系，也损害了整个社会的信任基础，阻碍了创新的发展。 第四，寻求公平，而非利益最大化： 在雨林中，公平公正是合作的基础之一。科学家们相互尊重，坚持公平交易，确保每个人都有机会分享资源和获得认可。他们团队很多人已经是某个领域的泰斗，但他们仍遵循着科学界的规范和道德准则，确保研究成果的公正评价和合理分配。这种公平公正的氛围使得雨林成为了创新的温床，吸引着各行各业的人才和资源。 然而，在农田中，公平公正往往难以做到。由于缺乏监管和规范，人们往往更注重个人利益和私人关系，而忽视了公平和正义的原则。即使“自己人”之间，导师就是老板，研究生成为了打工仔。如果与外人合作由于利益的驱动和私人关系的影响，更可能出现资源和机会的不均衡分配，导致一些人受到了不公平的对待，从而影响了创新的发展。这种不公平甚至极大体现在对基础科学的不重视，研究学习基础科学的学者没有多少资源和机会。整个社会对基础科学的忽视又何来从0到1呢？ 第五，与他人共同尝试，并不断重复： 在雨林中，科学家们明白创新是一个试错、失败、纠错、进步的过程。本书团队中每个人都认识到去俄罗斯远东地区采集样本希望渺茫，连赞助人也认识到这点，但他们共同接受这个不可能。他们知道接受失败是成功的一部分，并愿意从中学习和改进。书中他们共同不断尝试各种可能，勇于面对挑战和困难，从而推动项目前进。在这种开放的氛围下，迎来了一个又一个的突破。 然而，在农田中，人们往往不允许错误的发生，只追求成功而不容许失败。这种不容错的氛围使得人们不愿意尝试新的方法或理念，害怕失败而选择保守。因此，创新的空间和可能性受到了限制，科学研究往往停滞不前，无法取得突破性的进展。 第六，犯错、失败，坚持： 在雨林中，科学家们明白错误和失败并不是可怕的，而是创新过程中不可或缺的一部分。他们接受失败，并从中学习，不断调整和改进自己的方法和理念。他们知道，成功往往需要经历多次尝试和调整，而不是一蹴而就。因此，他们坚持不懈地迭代，不断优化自己的研究方向和方法，直到取得成功为止。书中主人公自述，他们“无所不用其极”。自在一个被遗忘已久的博物馆样本中发现第一份天然准晶样本以来，这句话一直是他的口头他。 然而，在农田中，人们往往将错误和失败视为不可接受的，一旦犯错就容易气馁放弃。他们害怕失败给自己带来的负面影响，因此选择安全和稳妥的做法，避免冒险尝试新的方法或理念。这种消极的态度使得创新的空间受到了限制，科学研究难以取得突破性的进展。 第七，帮助别人，且不求回报： 本书给我们展示到在雨林中，科学家们相互之间愿意主动帮助别人，因为他们理解到合作和互助是推动科学进步的重要因素。他们相信，通过互相支持和合作，可以共同攻克科学难题，取得更大的成就。因此，他们乐于分享知识和资源，帮助他人解决问题，共同促进科学的发展。 然而，在农田中，人们往往更注重个人利益和私人关系，而忽视了帮助他人的重要性。他们可能会选择自私自利，只关心自己的利益，而不愿意主动帮助他人。这种自私自利的态度会破坏合作关系，导致人际关系紧张，阻碍了创新的发展。 最后的事实是，本书给我们展示了全世界数以百计的科学家运用他们的理论和实验建立起了一个新的物理学分支，准晶。他们不仅找到了天然准晶，还造出了人造准晶，并开始应用于实际。