推荐序　寻根问底的追“凶”之旅：一个关于准晶的故事

陈学雷

中国科学院国家天文台

宇宙暗物质与暗能量研究团组研究员

本书可以说是一本以第一人称叙述的侦探故事，充满了悬念、转折和惊喜，令人拿起书后几乎无法放下。但这里所讲的故事都是完全真实的，其主人公不是一位普通的侦探，而是一位世界著名的科学家，而他所追查的也不是罪犯，而是自然界中的一个奇迹——准晶。

什么是准晶呢？它是一种有点儿类似晶体，但又不是晶体的物质。晶体是常见的，例如水晶等天然矿物，甚至普通的食盐都是晶体，原子规则地排列在一起就形成了晶体。晶体学家们早已用数学方法证明，只有那些具有二重、三重、四重、六重旋转对称性的结构可以实现周期性的排布，形成晶体，这对于学过固体物理或矿物学的大学生来说早已是常识了。因此，20世纪80年代，当一位以色列冶金学研究者谢赫特曼（Schechtman）发现某种铝合金中存在着五重旋转对称性时，很多人认为他犯了低级错误，因为五重旋转对称性的构型不可能形成晶体。但是，从事理论物理研究的本书作者保罗·斯坦哈特却在研究中发现了虽不具有周期性，然而仍可以布满空间的具有五重旋转对称性的构型，这也正是谢赫特曼发现的奇异材料所具有的原子结构，也就是所谓的准晶。谢赫特曼后来因此获得了诺贝尔化学奖。

不过，故事并没有到此为止，实际上这只是一个开端。谢赫特曼发现的合金是人工制造出来的，那么自然界中是否也存在准晶呢？斯坦哈特教授的主要研究领域是宇宙学，探寻宇宙的起源，在这一领域里他也成了世界著名的专家。不过，他仍然关注着准晶。他指导学生开发出了软件，通过对自然界中各种矿物的X射线衍射图进行分析，来寻找可能存在的准晶。最终，他们在一个意大利博物馆收藏的某种奇特矿物中，发现了准晶存在的迹象。但这矿物究竟是什么？来自哪里？语焉不详的档案记录中并没有足够的信息。作者带着我们走上了奇妙的寻根问底之旅。经过一系列真正的“侦探”工作，最终，作者带领的科考队来到了俄罗斯堪察加半岛荒野中的一条河流旁，开始搜寻这自然产生的准晶。而他们的发现，最终也将告诉我们，这种奇妙物质到底是如何产生的，是来自喷发的火山，还是天外的陨石。

本书讲述了作者在探寻准晶过程中的种种经历，以及所遇到的各种奇人奇事，从作者的老师天才物理学家费曼，到唯利是图的苏联官员。作为一位世界一流的科学家，作者分享了自己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。推荐给所有具有强烈好奇心、喜爱侦探小说的朋友们。