達尼埃爾·謝赫特曼（以色列理論物理學家）

達尼埃爾·謝赫特曼，1941年出生于以色列的特拉維夫，以色列人，理論物理學家，現(xiàn)為以色列工學院工程材料系教授。20世紀80年代初發(fā)現(xiàn)了具有準晶體結(jié)構(gòu)的合金，在晶體學研究領(lǐng)域和相關(guān)學術(shù)界引起了很大震動。準晶體的相關(guān)研究成果已被應(yīng)用到材料學、生物學等多種領(lǐng)域。2011年諾貝爾化學獎獲得者。廣東以色列理工學院常務(wù)副校長。

個人履歷

1941年出生于以色列的特拉維夫。

1982年，他率先在實驗室環(huán)境下發(fā)現(xiàn)準晶體“現(xiàn)象.

1984年，另一個研究小組獨立發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，兩個小組的研究結(jié)果得以同時發(fā)表。準晶體的相關(guān)研究成果已被應(yīng)用到材料學、生物學等多種領(lǐng)域。

2011年度諾貝爾化學獎，一人獨享1000萬瑞典克朗（約合146萬美元）獎金。

現(xiàn)為以色列工學院工程材料系教授。

2018年，受聘為西安市人民政府科技顧問。

2021年9月30日，受上海市實驗學校邀請，為該?？萍脊?jié)遠程視頻進行開幕式致辭。

人物生平

獲得幾乎所有科學獎項，“獨缺”諾貝爾獎

實驗室環(huán)境下，謝赫特曼率先在鋁鎂合金中發(fā)現(xiàn)準晶體“現(xiàn)象”。1982年4月8日上午，謝赫特曼借助電子顯微鏡獲得一幅晶體衍射圖，即日后所確認的“準晶體”。

他當時從事航空高強度鋁合金研究，而新發(fā)現(xiàn)有悖原子在晶體內(nèi)應(yīng)呈現(xiàn)周期性對稱有序排列的“常識”，因而不為同行所接受。

諾獎評審委員會在向媒體散發(fā)的新聞稿中回顧道，謝赫特曼的發(fā)現(xiàn)“極具爭議”。為維護自己的發(fā)現(xiàn)，謝赫特曼被迫離開當時的研究小組 。

1984年，另一個研究小組獨立發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，兩個小組的研究結(jié)果得以同時發(fā)表。據(jù)先前媒體報道，從此，謝赫特曼先后獲得幾乎所有科學獎項，似乎“獨缺”諾貝爾獎。

瑞典皇家科學院在頒獎聲明中說，獲獎?wù)叩陌l(fā)現(xiàn)改變了科學家對固體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認識。

榮譽記錄

他在以色列北部城市海法任以色列工學院教授。

他當年的發(fā)現(xiàn)和堅持，迫使同行重新考慮并認識固體材料。

科學界對準晶體的理解和描述，需要借助數(shù)學，同時從中世紀阿拉伯風格馬賽克鑲嵌裝飾藝術(shù)中汲取靈感。自然環(huán)境中，人們后來在俄羅斯一條河流內(nèi)獲取的礦物樣本中發(fā)現(xiàn)自然生成的準晶體。工業(yè)環(huán)境下，瑞典一家企業(yè)在某一種鋼質(zhì)材料中發(fā)現(xiàn)準晶體，而準晶體在材料中所起的強化作用，相當于“裝甲”。

或用于柴油機和不粘鍋涂層

如今，科學家正嘗試將準晶體應(yīng)用于其他產(chǎn)品，如不粘鍋涂層和柴油機制造等

諾貝爾化學獎評選委員會主席拉爾斯·特蘭德等人解釋道，1982年4月8日，謝赫特曼首次在電子顯微鏡下觀察到一種“反常”現(xiàn)象：鋁錳合金的原子采用一種不重復、非周期性但對稱有序的方式排列。

而當時人們普遍認為，晶體內(nèi)的原子都以周期性不斷重復的對稱模式排列，這種重復結(jié)構(gòu)是形成晶體所必須的，自然界中不可能存在具有謝赫特曼發(fā)現(xiàn)的那種原子排列方式的晶體。因此，謝赫特曼的發(fā)現(xiàn)一經(jīng)發(fā)表，便飽受批評和詬病，他也被迫離開所在的研究小組。

瑞典皇家科學院表示：“盡管如此，他的發(fā)現(xiàn)促使科學家重新思考對固體物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認知。”隨后，科學家們在實驗室中制造出了越來越多的各種準晶體，并于2009年首次發(fā)現(xiàn)了純天然準晶體。現(xiàn)在，準晶體已在很多應(yīng)用領(lǐng)域“大展拳腳”，可用來制造不粘鍋、發(fā)光二極管、熱電轉(zhuǎn)化設(shè)備等。

美國普林斯頓大學的教授保羅·斯坦哈特表示：“謝赫特曼的發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了具有200多年歷史的認知，是一個引人矚目的重大發(fā)現(xiàn)。”“準晶體”這一術(shù)語由斯坦哈特提出，在謝赫特曼發(fā)表其發(fā)現(xiàn)之前，斯坦哈特一直在進行準晶體領(lǐng)域的理論研究工作。

據(jù)英國《新科學家》網(wǎng)站10月5日報道，諾貝爾化學獎評選委員會高度評價了謝赫特曼研究的原創(chuàng)性，同時，也對全世界科學家們發(fā)出了警告：“即使最偉大的科學家也會陷于傳統(tǒng)藩籬的桎梏中，保持開放的頭腦、敢于質(zhì)疑現(xiàn)有認知是科學家最重要的品質(zhì)。”

主要事件

1982年4月8日，41歲的謝赫特曼正在美國霍普金斯大學從事研究工作，他發(fā)現(xiàn)的“準晶體”原子結(jié)構(gòu)打破了傳統(tǒng)晶體內(nèi)原子結(jié)構(gòu)必須具有重復性這一黃金法則，在科學界引起軒然大波。來自主流科學界、權(quán)威人物的質(zhì)疑和嘲笑不斷向他涌來。

“我被趕出了自己所在的研究團隊，同事們說我的研究讓他們蒙羞。”謝赫特曼回憶說，“對此，我并不在意，我深信自己是對的，他們是錯的?！?/p>

“的確，那時候，人們根本不接受那種晶體的存在?！泵绹瘜W協(xié)會主席納西·杰克遜接受美國《紐約時報》采訪時表示：“因為他們認為這違反了自然‘規(guī)則’。”后來，謝赫特曼回到以色列并和一名同事攜手撰寫文章描述他的發(fā)現(xiàn)。這篇文章剛開始也沒有逃脫被拒絕的命運，最終于1984年11月面世，隨后在科學界引起巨大漣漪。包括著名化學家、兩屆諾貝爾獎得主萊納斯·鮑林在內(nèi)的一些化學界權(quán)威紛紛質(zhì)疑謝赫特曼的發(fā)現(xiàn)。

“他（鮑林）公開說：達尼埃爾·謝赫特曼在胡言亂語，根本沒有什么準晶體，只有‘準科學家’。”謝赫特曼回憶說。

即便如此，謝赫特曼也并未動搖自己的信念。1987年，法、日科學家成功地在實驗室中制造出了大到足以被X射線觀察到的準晶體結(jié)構(gòu)，證實了謝赫特曼的發(fā)現(xiàn)。

“鮑林確實是一名偉大的科學家，但這次，他錯了?！敝x赫特曼說。

被主流科學界放逐多年之后，謝赫特曼終于“沉冤得雪”，獲得了科學界最大的擁抱和認可。瑞典皇家科學院表示，他的發(fā)現(xiàn)“徹底改變了化學家們對固體物質(zhì)的看法”。

謝赫特曼的研究也改變了晶體的定義。以前，國際晶體學聯(lián)合將晶體定義為擁有“規(guī)則有序、重復三維圖案”的固體，而1992年，該定義被修改為“僅僅是一種衍射圖譜呈現(xiàn)明確圖案的固體”。

另類的“準晶體”用途廣泛

根據(jù)傳統(tǒng)晶體學認知，晶體內(nèi)部的原子排列具有3次、4次和6次對稱性。以4次對稱為例，即每個原子被4個原子包圍，若在中心畫一條直線，每轉(zhuǎn)90度就會重復一次。這些原子排列再按一定規(guī)律重復就構(gòu)成晶體。但5次、7次及以上的對稱因無法做到重復，因此，科學界一直認為，自然界中不可能存在這種晶體。

美國《紐約時報》網(wǎng)站10月5日的報道稱，1982年，謝赫特曼在進行“衍射光柵”實驗時，讓電子通過鋁錳合金進行衍射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無數(shù)個同心圓各被10個光點包圍，恰恰就是一個10次對稱。謝赫特曼當時認為“這是不可能的”，還在筆記本上寫道：“10次？”

然而，1987年，法國和日本科學家成功地在實驗室中制造出了準晶體結(jié)構(gòu)；2009年，科學家們在俄羅斯東部哈泰爾卡湖獲取的礦物樣本中發(fā)現(xiàn)了天然準晶體的“芳蹤”，這種名為icosahedrite（取自正二十面體）的新礦物質(zhì)由鋁、銅和鐵組成；瑞典一家公司也在一種耐用性最強的鋼中發(fā)現(xiàn)了準晶體，這種鋼被用于剃須刀片和眼科手術(shù)用的手術(shù)針中。

其實，這些圖案早已有之?？茖W家們在14世紀摩爾人于西班牙建立的阿爾漢布拉宮和15世紀修建的伊朗Darb-i Imam清真寺內(nèi)都發(fā)現(xiàn)了這種圖案，它們也大量出現(xiàn)在荷蘭畫家摩里茨·科奈里斯·埃舍爾的藝術(shù)作品中。不過，科學家們一直認為晶體的原子結(jié)構(gòu)不可能以這種方式排列，謝赫特曼的發(fā)現(xiàn)徹底顛覆了人們的這一認知。

這種準晶體也同斐波那契序列有關(guān)，在斐波那契序列中，每個數(shù)字是前面兩個數(shù)字之和。1753年，格拉斯哥大學的數(shù)學家羅伯特·辛姆森發(fā)現(xiàn)，隨著數(shù)字的增大，兩數(shù)間的比值越來越接近黃金分割率（一個與圓周率相類似的無限不循環(huán)小數(shù)，其值約為1.62）?？茖W家們后來也證明，準晶體中原子間的距離也完全符合黃金分割率。

據(jù)英國《新科學家》網(wǎng)站10月5日報道，準晶體具有獨特的屬性，堅硬又有彈性、非常平滑，而且，與大多數(shù)金屬不同的是，其導電、導熱性很差，因此在日常生活中大有用武之地。科學家正嘗試將其應(yīng)用于其他產(chǎn)品中，比如不粘鍋和發(fā)光二極管等。另外，盡管其導熱性很差，但因為其能將熱轉(zhuǎn)化為電，因此，它們可以用作理想的熱電材料，將熱量回收利用，有些科學家正在嘗試用其捕捉汽車廢棄的熱量。?“準晶體的應(yīng)用還有待于進一步開發(fā)?！敝x赫特曼愛荷華州立大學的同事、同樣研究準晶體的派翠西亞·泰爾接受《紐約時報》采訪時表示，“但準晶體改變了我們對固體中原子結(jié)構(gòu)的理解，這是一個具有革命性的科學發(fā)現(xiàn)。

社會評價

在這一發(fā)現(xiàn)以前，科學家們一直以為晶體內(nèi)的原子結(jié)構(gòu)是不斷重復的。評審委員會說，這一發(fā)現(xiàn)“根本上改變了化學家們對固態(tài)物質(zhì)的構(gòu)想”。

新發(fā)現(xiàn)曾極具爭議

諾獎評審委員會在向媒體散發(fā)的新聞稿中回顧道，謝赫特曼的發(fā)現(xiàn)“極具爭議”。他因為捍衛(wèi)自己的發(fā)現(xiàn)，一度受到“勸告”，希望他脫離研究小組。

其實，在發(fā)現(xiàn)的最初階段，謝赫特曼自己也覺得難以置信?！安豢赡苡羞@樣的物質(zhì)存在，”謝赫特曼對自己說。在記錄這一發(fā)現(xiàn)的筆記本上，謝赫特曼一連標記了3個問號。不過，他的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)使得準晶體成為物理學家、材料學家、數(shù)學家以及晶體學家的重要研究領(lǐng)域。

不過，他鍥而不舍的努力最終迫使科學家們開始重新考慮他們對于物質(zhì)本質(zhì)的認識?！敝Z貝爾化學獎評審委員會說。