丹·谢赫特曼

1982 年 4 月 8 日上午，美国国家标准局的一间电镜室里，丹·谢赫特曼把一块急冷的铝锰合金推进样品台，在荧光屏上看到十个亮斑围成一圈，彼此等距。他数了两遍，又把样品转过去换一条轴对准电子束，斑点还是照样排着。他在实验记录本上第 1725 号样品旁边写下「十次 ???」——三个问号。据瑞典皇家科学院的记述，他当时用希伯来语对自己说了一句「Eyn chaya kazo」，不可能有这种生物。

那一年他四十一岁，身份是个做金属间化合物的电镜专家，不是晶体学家。接下来两年，他把这张照片拿给谁看，谁都告诉他那是孪晶；他的研究组组长说他让全组丢脸，请他走人。再过七年，才轮到别人改口。

一个做钛铝化合物的人

他的训练从头到尾是材料工程，不是物理，更不是晶体学。1966 年以色列理工学院机械工程学士，1968 年材料工程硕士，1972 年博士；毕业后到美国空军莱特-帕特森基地的航空航天研究实验室做了三年博士后，题目是钛铝金属间化合物——一类又轻又耐高温、但脆得让工程师头疼的东西。1975 年他回以色列理工任教，主业仍是这些合金的显微组织。

这个出身在后来变得很重要。他不是拿 X 射线衍射仪做结构解析的人，他是把样品削薄到几十纳米、推进透射电镜、一条轴一条轴去看的人。这两种人对「晶体是什么」的直觉并不一样：前者面对的是一张张衍射谱线和一个个从数据里拟合出来的单胞，后者面对的是屏幕上直接亮起来的图样。1982 年那个上午，屏幕上亮起来的图样和教科书上写的不一样，他没有第一时间去怀疑屏幕。

1981 年他到美国休假两年，在国家标准局做访问研究，课题是急冷的铝-过渡金属合金——把熔化的合金泼到高速旋转的铜轮上，让它在百万分之一秒里冻住。把他招过去的是约翰·卡恩，美国合金相变研究的核心人物之一。

1982 年 4 月 8 日上午

急冷能把原子按不上不下的方式定住，本来就是为了找新相。那天他看到的图样却不属于任何已知的相：十个亮斑，等距，围成一个正十边形。

十次对称在周期晶体里是被禁止的，这条禁令是十九世纪晶体学里最硬的定理之一。所以第一反应必然是孪晶——两块或多块取向不同的晶体长在一起，衍射图叠加起来可以伪造出一个方向上的高次对称。他花了几个星期排除这个可能。办法很朴素：把样品在镜下一点点倾转，让每一条对称轴依次对准电子束，一条条拍下来。结果不是十次，是五次；而且不是一条五次轴，是六条五次轴、十条三次轴、十五条二次轴，一整套二十面体对称。孪晶能在一个方向上凑出假象，凑不出这样一整套彼此成固定角度的独立轴。

$6 \times C_{5}, \qquad 10 \times C_{3}, \qquad 15 \times C_{2}$

还有一条更直接的读数，是他后来在诺奖演讲里亲自指给听众看的：从中心亮斑向外数，相邻两个斑点到中心的距离之比是黄金比 $\tau = (1+\sqrt{5})/2 \approx 1.618$。周期性点阵的倒空间还是点阵，这个比值只能是有理数。一个无理数摆在那里，就是「这里没有周期」的直接证据。

「你让全组丢脸」

从 1982 年到 1984 年，他基本是一个人。

很长一段时间里，是我一个人对抗整个世界。我成了笑话，成了别人给我上晶体学基础课的理由。

卡恩起初也不站在他这边。据国家标准局自己的记述，卡恩最初的反应是让他走开——那是孪晶，没什么意思。后来态度变了，变成了另一句他反复引用的话：丹尼，这块材料在告诉我们一件事，我要你去把它是什么找出来。这两句话都是真的，是同一个人前后两种态度；中间隔着的，正是他一个人把那六条轴一条条拍下来的那些星期。

有人捧着一本晶体学教科书走进他的办公室，要他从头读一遍。这个人是谁，两个可靠来源说法不一：诺奖的官方科普文件写的是实验室主任，他自己 2013 年的回忆里写的是一位同事。但接下来那件事两边一致——他的研究组组长说他给组里丢了脸，请他离开研究组。诺奖文件给的理由很直白：场面已经太尴尬了。

被退回的那篇长文

1984 年年中，他和以色列理工的伊兰·布莱克把完整结果写成长文，投给《应用物理学报》。两周内原样退回。编辑信里说，本刊对这份稿子不感兴趣，这个题目不会引起物理学界的兴趣，建议改投冶金类期刊。

他照办了，改投《冶金学汇刊 A》，被接收——但排期排到了 1985 年 6 月。

正是这个「等不起」逼出了那篇著名的短文。1984 年夏天他回到国家标准局，卡恩提议再写一个短版本抢时间，德尼·格拉蒂亚从法国过来待了几天，四个人把稿子重写一遍投给《物理评论快报》。10 月 9 日收稿，11 月 12 日见刊——从收稿到发表三十四天，比那篇被退稿的长文还早了七个月。

那篇长文最后也印出来了，题目平平无奇，叫《急冷 Al₆Mn 的显微组织》。如果只看 1985 年 6 月这一期，谁也看不出它曾经是同一件事的第一稿。

鲍林的十年

1985 年 10 月，莱纳斯·鲍林在《自然》上发难，提出那些图样其实来自立方晶体的定向多重孪晶。此后近十年，他不断给出周期越来越大的单胞方案，一个接一个被实验否掉；直到 1994 年去世，他仍是最主要的反对者。

流传最广的是那句「只有准科学家，没有准晶体」。需要说清楚的是：这句话唯一可追的出处是谢赫特曼本人的转述——他记的是两句连着说的，场合是他记忆中的一次斯坦福的美国化学会年会，台下几千人。至今没有找到同期的文字记录、会议纪要或录音；国家标准局官网写这句话时也只敢用「据说」。诺奖官方文件提到鲍林是最激烈的批评者之一，但通篇没有引用这句话。

真正有据可查的是那些论文：一位两获诺奖的人，用十年时间和一个越来越勉强的模型，守着一条已经守不住的线。

为什么是七十年

X 射线衍射从 1912 年就有了，急冷合金也不是 1982 年才有的东西。他自己给过一个解释，答案就在他的出身里。

急冷样品里的准晶颗粒只有几微米，一块样品里塞着无数取向随机的颗粒。X 射线照上去，各个取向的信号被平均成一圈圈粉末环——环的位置还能量，那套「不可能」的角度关系却在平均里消失了。而电子束可以聚到几十纳米，对准单个颗粒取一张单晶衍射图，再把样品转过去取下一张。七十年里，晶体结构的权威在 X 射线那一边；而这件事只有在电镜下、只有对着单个颗粒转样品，才看得见。

换句话说，那张照片需要的不是更聪明的人，是一台不同的机器和一个不按晶体学家的方式提问的人。

「好吧丹尼，现在你说的话像样了」

转折点不在诺奖，在 1987 年。

那一年做出了足够大的单相准晶——大到可以用 X 射线照出一张劳厄图。在珀斯召开的国际晶体学联合会会议上，这张图摆在同行面前，用的是他们自己那套语言、自己那台仪器。他记下的反应是一句很短的话：好吧丹尼，现在你说的话像样了。

1992 年，国际晶体学联合会改了「晶体」的定义：判据不再是原子排列有周期性，而是能给出分立的衍射图样。一百多年里晶体学最基础的那条定义，就这么让出了半步。他谈到这件事时说过一句：谦卑的科学家才是好的科学家。

讲台上的第二件事

他在以色列理工还做了一件与准晶无关的事：从 1980 年代后期起开设一门讲技术创业的课，面向工程系的学生讲怎么把手里的技术变成一家公司。这门课在以色列理工连开了三十多年，听过的学生数以千计——常被引用的「累计约一万人」只见于二手报道，校方没有给过原始数字。

2004 年起他每年有约四个月在爱荷华州立大学和能源部埃姆斯实验室，材料系教授与实验室研究员兼着。2011 年他独得诺贝尔化学奖。2014 年 1 月，他宣布竞选以色列总统；6 月议会投票，他得了一票。

那本写着「十次 ???」的实验记录本现在收在国家标准局。三个问号是原样保留的。