
早就听说1996年诺贝尔化学奖得主哈罗德·克罗托是个科普大师,北京一见,果然如此。
9月12日下午,克罗托作了本次论坛在人民大会堂的最后一个报告——《纳米结构》。“纳米结构”看似一个不好理解的概念,但克罗托的演讲却出奇地简单易懂。没有大段的文字、图表、公式,克罗托用大量的动画、图片、音效向观众展现了一个不一样的“纳米结构”。
报告结束后,很多观众走上主席台请求签名,虽然人数不少,克罗托还是不厌其烦地签了一个复杂的名——最前面是两个汉字“玄人”,中间是英文名,最后是一个网址www.geoset.info。
玄人克罗托
克罗托1939年出生在英国,现任职于美国佛罗里达大学。
“玄人”是克罗托的中文名,用他自己的话说,玄人的意思就是“神秘莫测的人,或者专家”。
克罗托曾说:“在获得诺贝尔奖之前以为只有非常聪明的人才能得奖,得奖后才发现并非如此。获奖的前提是研究成果必须重要。”
1984年,经美国Rice大学化学系Robert Curl引见,克罗托结识了Curl的同事Richard Smalley,并在这里找到了自己所需要的用于进行微波光谱学研究的仪器。
克罗托和Richard Smalley1985年8月28日至9月11日这段短时间的合作,导致了具有划时代意义的发现。当时,当以石墨代替SiC2进行激光蒸发时,他们从所得质谱图中发现存在一系列由偶数个碳原子所形成的分子,其中一个峰的质量数对应于由60个碳原子所形成的分子。经Curl提议,暂时搁置其他实验,集中精力研究此意外结果。经过优化实验条件,他们终于得到了以C60和C70为主要成分的质谱图。
1967年,克罗托参观了加拿大蒙特利尔的美国万国博览会,美国著名拱形建筑专家富勒设计的由五边形和六边形构成的圆顶给他留下了深刻印象。经此启发,克罗托认为C60可能具有类似的球体结构,因为只有这样,C60分子才不存在悬键。后来,研究组将C60命名为富勒分子,包括C60在内所有含偶数个碳所形成的分子通称为富勒烯。
之后短短十多年,富勒烯已经广泛地影响到物理学、化学、材料学、电子学、生物学、医药科学各个领域,因此虽然在应用上还没有取得重大突破,瑞典皇家科学院还是将1996年的诺贝尔化学奖授予了克罗托、Curl和Smalley。
9月12日,克罗托在报告中说:“C60这种和足球结构一样的富勒分子是继金刚石、石墨之后,碳存在的第三种形式。在这个发现之后,富勒烯化学开始了,碳化学和纳米科学这两个全新的领域被创造出来。”
然而,克罗托表示,纳米技术并不是新的事物,人类生命本身就揭示了这个现象,其实人的身体里有很多分子机器,比如病毒,早在科学发现之前就存在。克罗托举例说,通过几千年的演变,人类把凶猛的狼驯化成了温顺的“吉娃娃”,这就是基因工程。“现在我们还可以这么做,也许还能将人变成“吉娃娃”,每个人都是纳米技术的结果。所以,纳米科技从根本上说还是化学,是21世纪的化学。”
“事实上,身体当中的生物系统非常聪明,比如氧气的运输、释放、吸收、储存,身体能适时把氧气释放到需要的地方,比任何公司制作的运输工具都要高级。我想,下一代的化学家、纳米科学家将会从生物、从我们的生命当中学到制作聪明的分子。”
克罗托说:“我们发现C60的过程很意外,很多重大的发现都是在我们预先没有期待的情况下发现的。所以,我认为你们年轻的一代应该研究你们感兴趣的问题,那将会令你们有很多收获。”
我最喜欢的分子不是C60
C60分子有多小?“如果C60放大108倍只有一个足球大小,如果把足球放大108倍,就是一个地球大小。”克罗托说:“现在一个很大的挑战是我们需要大量的碳纳米管,不是10个、100个,而是1015个纳米管捆在一起,如果我们可以创造出这种材料,它会比钢铁坚硬几百倍,重量却达不到钢铁的几分之一。”
“这就是对你们这些年轻人的挑战,我们能制造出这样的材料吗?如果可以的话,我们可以建造桥梁、建筑,即使地震也不会倒塌。我们可以生产出只用1升汽油就能行驶500公里甚至更多的汽车。想象一下,汽车如此之轻,遇到红灯时,它可以直接从其他汽车上蹦过去,使交通运输业和其他领域发生革命性变化。”
而C60在太阳能发电中的应用前景更为神奇,克罗托说:“C60在分子电子学中的第一个应用是太阳能电池,因为它能提高发电的效率,未来我们可以把C60打印在塑料薄片上,然后轻巧地带到撒哈拉沙漠用于发电。”
克罗托指出,是否可以用自下而上的化学技术,来替代现在自上而下的工程技术?“这些技术组织起来,就可以把一个超级电脑中的所有金属部件缩小到一块手表中。”
“我最喜欢的粒子不是C60,而是这个分子。”克罗托向观众演示了一个外形类似小狗的分子,组成它身体各部位的原子的振动使得这只小狗在屏幕上摇头摆尾。克罗托说:“前面我向你们演示了分子可以做什么事情,我们还没有开始发掘分子动力,还没有开始利用分子动力学。下一代的年轻科学家会做到这点,要很聪明才能做到,我想他们会比我们这一代人聪明得多。”
“毫无疑问,我们今天面临的最大问题就是可持续性。只有解决这个问题,我们才能够生存下去。我现在最喜欢的动物是蜣螂,如果没有它们,我们的地球将会被100英尺高的大象粪便覆盖。看一看我们美丽的世界,现在覆盖了什么呢?这张照片是英国的废弃场,里面有14万台废弃冰箱。而在中国、印度、欧洲、美国很多地方有无数垃圾、冰箱、彩电和其他废弃物,我们总要把它们清除掉,这是我们面临的挑战。”克罗托说。
“为了一个可持续发展的地球,让甲壳虫来清理我们的世界,让我们的世界更加干净。”克罗托很喜欢设计各种图案和标志,他设计了一个可持续发展的标志——一只蜣螂趴在地球而不是粪球上。
让孩子了解伟大的科学是什么
www.vega.org.uk是克罗托的科普网站,上面有非常丰富的科普材料和专门制作的科普节目,包括许多著名科学家的采访录像和科普演讲录像,很多都可以免费观看。
克罗托说:“我们有新的理念在电视上进行辩论,我们和年轻人、儿童进行讨论,有很多很好的讲座,让孩子们了解伟大的科学到底是什么。”
现在,克罗托又有了一个新的网站www.geoset.info。GEO是Global Educational Outreach的缩写,该网站致力于为世界各地的教师提供优秀的教学材料,儿童也可以通过网络学习。克罗托说:“教育的第一次革命是纸质媒介的流行,它让每个人都可以受教育。第二次革命就是因特网。我觉得媒体应该播放更多的科学宣传片给年轻人和儿童看。”
两周前,克罗托在南非建立了一个GEO工作室,下周还会去日本建一个。“我希望有一天在中国建立这样一个工作室,也许是geoset.beijing.info,希望在座的有人可以帮助我实现这个愿望。”
克罗托播放了他在西班牙和儿童在一起的录像,画面中每个孩子都捧着一个C60的模型玩具。“如何教育年轻人,这是一个问题。我花很多时间在世界各地为年轻人举办科学研讨班,墨西哥、美国、日本、马来西亚、欧洲,只要你们想到的地方我都去。”克罗托说。
“只有让所有的孩子在一起受教育,而不是因为国籍、宗教和信仰而分开,将来才不会出现问题。”克罗托向观众演示了一张一个黑人男孩和一个白人女孩一起微笑的照片说:“这是我最喜欢的一张照片,黑人孩子和白人孩子在一起学习科学。科学是一种国际性的文化。当我们发现C60的时候,在中国、日本、美国都重复了这种技术。宗教不是国际化的,而科学是,所以宗教是假的,而科学是真的。”
之后,克罗托向观众展示了一系列他和世界各地科学家在一起的照片,“我很喜欢同世界各地的人在一起,我毕生都在做这些事情。我们需要全球化的公民身份,我不喜欢以国籍来界定人们的想法。我想要成为一名世界公民,以作为人而骄傲,我们是一个联合在一起的群体。我们必须很快建立起这个观念,科学才能为我们所用,而不是创造出技术,最终毁了自己。”
“我是一个从外星球来的生物,我带来我们人民善意的信息:亲爱的地球人类,当你们最终毁掉自己星球、没有地方住的时候,你们可以来拜访我们,我们会告诉你们如何和平、和谐相处,我们会给你一些比萨的9折的优惠券。”这是克罗托最喜欢的画报上的话。
克罗托说:“这里面有3个方面,首先,我们毁了自己的星球,我们必须努力阻止这种事情的发生。第二,一直以来我们都是非常愚蠢的,只能靠打仗解决问题。除了把年轻人送上战场相互残杀,我们需要其他解决问题的方法。第三,写这个东西的家伙有点幽默感,我发现幽默感是另外一个国际性的东西。”