酌古準晶

女友說求婚時，我絕對不能用鑽戒。因為一來太沒新意，實在是老哏；二來在戒指上的鑽石似乎沒啥用處（難不成用來割玻璃？）；三來鑽石其實不算稀有，只是被商人炒作而炒高價格；四來，很多鑽石的開採和收購很不人道，沒聽過「血鑽石」嗎？

鑽石，不過是幾乎純的碳元素而已，和石墨、煤炭最大的區別是，鑽石中的碳組成了晶體！晶體中每個碳原子都與另外四個相鄰的碳原子形成共價鍵，構成了正四面體，是目前已知最硬的天然物質。鑽石除了可以被商人炒作，在工業上可以製作鑽探用的探頭和磨削工具。我碩士班時也常使用鑽石刀來製作在電子顯微鏡下觀察的細胞切片。

既然不能用鑽戒，那我該用什麼真正名貴的寶石戒指來求婚呢？讀了這本精采到不行的科普好書，我恍然大悟，如果能弄到一顆天然的準晶鑲在戒指上，那保證絕對舉世無雙、獨一無二！

準晶是介於晶體和非晶體之間的固體，人工製造的準晶是三十五年前才在實驗室中被發現的，而天然準晶，也要到十年前才被發現。想到這裡，我心裡也不禁有點小小的激動！但是，更令人激動的是，這麼天才的創意，是「不可能」的！只是不知是否是《第二種不可能：天然準晶的非凡探索》（The Second Kind of Impossible: The Extraordinary Quest for a New Form of Matter）作者保羅．史坦哈特（Paul J. Steinhardt）說的「第二種不可能」？那是根據某些假設才被判定的「不可能」。

為何說不可能呢？因為史坦哈特為了尋找天然準晶的故事，跌宕起伏、峰迴路轉、柳暗花明！不需要任何對物理、化學、材料科學的愛好和了解，都能在讀這本科普好書時，就像讀了本精采絕倫的科技驚悚小說一樣，令人廢寢忘食！

史坦哈特和他的伙伴，早在第一個人工製造的準晶意外被發現前，就提出了準週期的特殊原子排列模型。當以色列材料科學家丹．謝特曼（Dan Shechtman）發現了傳統的晶體局限定理無法解釋的五重對稱繞射圖案時，他們的理論能夠很好的解釋那個「禁忌」的現象，即使遭到德高望重的諾貝爾獎得主鮑林（Linus Pauling, 1901-1994）等科學界大佬的一再質疑和挑戰，他們仍愈戰愈勇。

後來中央研究院院士蔡安邦教授（1958-2019）在日本東北大學發現了急速冷卻製成的樣品經過適當的熱處理可得到完美的準晶，在最先製作出鋁—銅—鐵準晶後，他也陸續製作出更多樣的準晶。準晶在工業上也開始開發出各種新用途，例如製作耐用的不沾鍋。準晶的發現，讓謝特曼榮獲了諾貝爾化學獎。史坦哈特對此僅是輕輕帶過，所以不知他是否有與諾貝爾獎失之交臂的感覺。

然而，科學研究生涯被科學怪才費曼（Richard P. Feynman, 1918-1988）啟發的史坦哈特對準晶的痴迷，在書中一覽無遺。史坦哈特在宇宙學上早就卓有成就，在普林斯頓大學是地位崇高的愛因斯坦講座教授，這讓他的準晶研究似乎顯得有點「不務正業」。

他和長期合作者陸述義（Peter J. Lu）的不務正業，甚至讓後者在旅行時，意外地發現了伊斯蘭的細密鑲嵌也可能有類似的準週期結構，後來他們在伊朗的伊斯法罕（Isfahan）達布伊瑪目聖殿（Darb-i Imam）的吉里赫磁磚組成的密鋪發現了完美的準週期性，這個發現讓他們在頂尖的《科學》期刊（Science）上發表了論文。

在好奇心的不斷驅使下，他們開始想像自然界中是否也有可能存在天然的準晶。他和義大利礦物學家盧卡．賓迪（Luca Bindi）開始在博物館的收藏中瘋狂尋找天然準晶，在屢戰屢敗下仍屢敗屢戰，結果意外發現一個可能性，儘管仍有些同儕不認同，他們還是誠惶誠恐地發表了該發現。

為了更好地解釋那顆準晶的出處，他們四處打聽，過程也頗為離奇曲折，精采程度媲美優異的間碟電影。為了尋找更多天然準晶，史坦哈特決定踏上征途！這可不是比喻哦，是道道地地的征途！好不容易得到了匿名贊助者的慷慨資助，他在成功率微乎其微的情況下，組了一個探險長征隊，帶領多位頂尖科學家，遠離他在普林斯頓舒適的辦公室到人煙罕至的野外探險。他們打通了各種關係遠至俄國管制森嚴的偏遠堪察加半島，飽受堪察加棕熊、蚊蟲、苔原泥沼、天寒地凍的威脅辛勤工作。

史坦哈特等人那次有驚無險的長征，居然意外地讓他們發現了許多天文學的祕密！這一切的一切，像是那麼不可能的巧合，可是他們不懈的努力和熱情，又讓一切變得是那種非常不像是真的，可是萬一有種看似合理的方法來實現的話，卻非常值得追求的事情！

相信他們里程碑式的工作，會讓更多天然準晶被發現的，揭發更多我們連想都不曾想過的大自然奧祕。

不過我還是醒醒吧，先別找到一顆天然準晶才求婚⋯⋯


本文為《第二種不可能：天然準晶的非凡探索》（The Second Kind of Impossible: The Extraordinary Quest for a New Form of Matter）推薦序