浅谈足球烯发现的偶然性与必然性

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1、浅谈足球烯发现的偶然性与必然性1985年英国萨塞克斯大学(UniversityofSussex)的波谱学家H.W.Kroto与美国莱斯大学(RiceUniversity)两名教授R.E.Smalley和R.F.Curl合作研究，发现碳元素可以形成由60个或70个碳原子构成的有笼状结构的C60和C70分子［1］，这一发现引起科学界特别是物理学和化学界的强烈反响，成为本世纪后半叶的重大科学发现之一。11年后，三位科学家因为发现C60并提出其分子结构模型而荣获1996年诺贝尔化学奖。回顾C60的发现过程，应当承认，确有偶然性的一面，但从人类的认识规律和科学技术发展背景分析，

2、C60的发现又有着历史的必然性。1　C60发现的偶然性　　Kroto是英国萨塞克斯大学的波谱学家，而Smalley和Curl都是美国莱斯大学的教授。1984年春天，Kroto和Curl参加了在美国德克萨斯州奥斯汀举行的分子结构会议。会议期间，Curl向Kroto介绍了Smalley和他的学生共同设计的激光超声团簇发生器。Kroto对这套装置十分感兴趣，想利用它开展一些工作。三位科学家之间的合作就这样偶然开始了。　　1985年9月初，Kroto在Smalley的两名研究生的帮助下，开始了关于富碳蒸气中碳链形成的可能性的研究。他们在惰性气体环境下，用高功率的激光照射石墨表

3、面，照射释放出来的由碳原子构成的碎片等离子体被氦气流携带通过末端为一喷嘴的杯形集结区，进入一真空室。在杯形集结区内，碎片离子经气相的热碰撞反应成为新的碳原子簇。这些新生成的碳原子簇随氦气进入真空室，并在那里由于气体的膨胀而被迅速冷却下来。随后，所有产物进入一个与上述实验装置相连接的飞行时间质谱仪。在质谱仪上，所形成的含有不同碳原子个数的原子簇及其丰度可以被检测出来。9月4日，令人意想不到的事情发生了。研究小组在质谱仪上观察到质量较大的碳原子簇所含的碳原子个数均是偶数，其中分子质量数落在720处的质谱峰信号最强，它恰好对应一个由60个碳原子组成的分子，另外一个相当于C7

4、0分子的质谱峰清晰地出现在分子质量数840处［2］。通过改变实验条件，他们用Smalley的装置产生的C60是其它任何碳原子簇的40倍。这些实验结果使研究小组确信C60可以非常稳定地存在。　　在发现C60和C70之后，确定它们的分子结构就成了当务之急。在热烈的讨论中，Kroto联想起1967年加拿大蒙特利尔万国博览会中美国展览馆是由五边形和六边形拼接构成的短程线圆顶建筑。Kroto将这一想法告诉小组其他成员。Smalley经过尝试，终于用20个正六边形和12个正五边形拼成一个60个顶点的C60分子结构模型。C60分子就以短程线圈顶结构的设计者巴克明斯特*富勒(Buck

5、minsterFuller)的名字命名，称为Buckminsterfullerene简称富勒烯(Fullerene)。C60分子结构模型的提出使C60研究小组把握住了实验中的意外结果，为整个C60的发现过程划上了圆满的句号。　　从C60的发现不难看出，偶然性在科学研究中起着提供机遇的重要作用。对于否定科学研究中偶然性的观点，恩格斯曾经批判道：“必然的东西被说成是唯一在科学上值得注意的东西，而偶然的东西被说成是对科学无足轻重的东西……这样一来，一切科学都完结了，因为科学正是要研究我们所不知道的东西。”［3］在科学史上，象C60这样由偶然发现导致科学技术重大进步的例子不胜

6、枚举。伽瓦尼从仪器导线偶然碰到青蛙腿而使之颤动发现了生物电，揭开了电化学的序幕［4］。维勒在制备氰酸铵时偶然得到了一种白色结晶，经过几年艰苦努力，终于证实这种完全由无机物合成的白色晶体就是尿素。这一发现动摇了当时盛行的有机物只能由生命体合成的“生命力论”的基础，开辟了有机合成化学的新领域［4］。此外，酚醛树脂和聚四氟乙烯的合成，橡胶加工中硫化技术的发明等无不是始于偶然。　　为什么科学实验有着很强的目的性和计划性而实验的结果却常常出现意外和偶然?众所周知，科学研究是人类对未知世界和未知规律的探索。虽然每一次科学探索都是基于已经掌握的知识和规律，并且有着既定的目标和周密的

7、研究计划，但是科学研究中主体的认识水平和客体的未知因素决定了实验结果往往会出呼研究者的意料之外。C60发现的偶然性也正是上述两种因素综合作用的结果。一方面，在1985年以前，人类对碳元素单质的认识只停留在金刚石和石墨两种同素异形体上，从这种固有的观念出发，C60的出现当然是个意外。另一方面，科学研究中客体的未知因素又导致偶然现象可以在自然状态下出现，也可以在人为干预下出现；可以在无意识的干预下出现，也可以在有意识地干预下出现，而C60就是在人们无意识地干预下出现的。因此可以说科学探索中的偶然性是科学研究的本征特性之一。它提供了科学发展的重要契机。C6