Thursday, December 19, 2013

phymath01 物质结构局部有旋转对称性, 我们叫它是短程有序 在一面墙上, 把一块砖平移一定距离, 那末一定会与另一块砖重合。再平移同样的距离,还会有重合。 这个性质叫“平移对称性”。因为平移会比旋转涉及到更长的距离,这个更长距离叫长程。 平移对称性是长程有序的一种。 平移对称性具有周期性

转贴 关于2011年诺贝尔化学奖的文章
文章来源: 大江川2013-03-09 17:42:41
引言] 今年的诺贝尔化学奖, 引出了准晶体与准科学家的故事,平添许多乐趣。正好俺过去的工作跟这个研究有些关系, 因而在城里发了些评论。 现在收集起来,略加整理,斗胆为有兴趣的朋友普及,欢迎指正。本文除第一部分以外均为本人原创, 转载请注明来源。

(背景(根据AP报道)



 典皇家科学院105日宣布,以色列科学家达尼埃尔·谢赫特曼因发现准晶体独享2011年诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖评选委员会主席拉尔斯·特兰德等人解 释谢赫特曼获奖原因。他们说,谢赫特曼于198248日首次在电子显微镜中观察到一种反常理的现象——他们当时所观察的铝合金中的原子,是以一种 不重复的非周期性对称有序方式排列的,而按照当时的理论,具有此种原子排列方式的固体物质是不存在的。因此,谢赫特曼的发现在当时引起极大争议。为维护自 己的发现,他被迫离开当时的研究小组,但这一发现促使科学家开始重新思考对物质结构的认知。
因为挑战当时的常识,谢赫特曼被斥胡言乱语伪科学家


胡言乱语伪科学家,当30年前谢赫特曼发现准晶体时,他面对的是来自主流科学界、权威人物的质疑和嘲笑,因为当时大多数人都认为,准晶体违背科学界常识。


当我告诉人们,我发现了准晶体的时候,所有人都取笑我。谢赫特曼在一份声明中说。1982年,41岁的谢赫特曼正在美国霍普金斯大学从事研究工作。


的确,那时候的人们压根不会接受那种晶体的存在。美国化学协会主席纳西·杰克逊说,因为他们认为这违反自然界规则


因为这些规则被视为真理,胆敢捋虎须的谢赫特曼自然就备受排挤。


发现准晶体后,谢赫特曼花费了好几个月的时间,试图说服他的同事,但一切均徒劳,没人认同他的观点。不仅如此,他还被要求离开他所在的研究小组。无奈之下,谢赫特曼只有返回以色列,在那里,他的一个朋友愿意帮助他,将准晶体的有关研究成果公开发表。


最开始,这篇论文也没能逃脱被拒绝的命运,但在谢赫特曼和他朋友的艰苦努力下,1984年,论文终于得以发表,也立即在化学界引发轩然大波。一些化学界权威也站出来,公开质疑谢赫特曼的发现,其中包括著名的化学家、两届诺奖得主鲍林。


(鲍林)公开说:达尼埃尔·谢赫特曼是在胡言乱语,没有什么准晶体,只有准科学家谢赫特曼后来说。


30年后,勇敢质疑常识的谢赫特曼终于获得全世界最权威的科学认可。谢赫特曼的发现是科学界最伟大的发现之一,勇敢挑战了当时的权威体系。纳西·杰克逊说。


() 解读: 关键在于旋转对称性(短程)与周期性长程)

(1) 旋转对称性和平移对称性(周期性) 

一个物体, 在其旋转 360/n 度以后, 如果与原物体重合, 称该物体有  n /重 旋转对称性。旋转对称性是局部性质。 如果物质结构局部有旋转对称性, 我们叫它是短程有序。一块砖如果旋转180度,看起来和原来的砖一样。那么这块砖有2次旋转对称性(360/2 = 180)。

在一面墙上, 把一块砖平移一定距离, 那末一定会与另一块砖重合。再平移同样的距离,还会有重合。 这个性质叫平移对称性。因为平移会比旋转涉及到更长的距离,这个更长距离叫长程。 平移对称性是长程有序的一种。 平移对称性具有周期性。

(2) 晶体同时具有旋转对称性(短程有序)和平移对称性(长程有序),但只有2,3,4,6次旋转对称性

晶体从结构上, 是具有旋转对称性的单位晶胞,在空间经过重复堆积而成(平移对称性), 因此同时具有短程有序和长程有序。但记住晶体只有2,3,4,6次旋转对称性

数学分支群论是了解晶体对称性的钥匙。根据群论, 晶体有 32 点群, 230 个空间群。用X光衍射法解晶体结构的时候, 第一件事就是要确定晶体的旋转对称性,再确定空间群。

3准晶体也具有旋转对称性(短程有序)和非平移长程有序。但旋转对称性与晶体不同(578, 10, 12次等旋转对称性),而且没有平移对称性(没有周期性) 

下面的准晶体模型,您看到五个花瓣的花,就是5次旋转对称性。这在晶体结构里, 是完全不可能的。 现在, 您能理解为什么当初谢赫特曼的准晶体不被科学界接受。1982年, 谢氏只有电镜照片, 人们根本不接受。 到了1987年, 有了X光衍射证据后, 大家就接受了。

1:准晶体模型(5次旋转对称性!
5/10次旋转对称性在晶体中根本不可能!(来源: Wikipedia)

2:准晶体X光衍射图(10次旋转对称性!)(来源: Wikipedia



 
4)晶体和准晶体对比:


(a) 旋转对称性细节: 只限于2346次(晶体)


(b) 长程有序周期性: 平移性长程有序(周期性)(晶体); 非平移性长程有序(无周期性)(准晶体)


5 准晶体与耗散结构
普里戈金(Prigogine)的耗散结构是指一个远离平衡状态的开放系统,由于不断和外环境交换能量物质和熵而能继续维持平衡的过程,对这种动态 过程的研究,解释了自然界许多以前无法解释的现象。耗散结构本身的存在是众所周知的。Prigogine的理论是针对耗散结构"动态过程"的深入了解. NOBEL奖励的是"由浅入深".谢赫特曼(Shechtman)的准晶体是接近或处于平衡状态的封闭系统。意义在于发现了一种全新的物质存在"结构":分子排列长程有序但不重复。而晶体则是短程有序的周期性重复而达到长程有序。从早期这个发现不被科学界(包括NOBEL得主PAULING)承认,可以看出这个发现的意义。NOBEL奖励的是"从无到有".

(
) "准晶体"翻译不信, 应该译成"类晶体"

quasi-: like something in someways; quasi-scientific = not entirely scientific
所以 quasi-crystal "类晶体"更合适一些.当时PUALING不接受这个理论, 说的"quasi-scientist" 作为文字游戏, 还是很到位的。这个quasi", 强调的是不同。但与科学家不同, 那就是/伪科学家了。因为强调的是不同,译成中文应该用 而不是。所以, 俺建议译成类晶体
: 看起来是, 但实际上不是.
类星体: 在光学望远镜中观察,类星体与普通的恒星"看上去"似乎没有区别.但类星体"实际上"不是恒星.类风湿: 症状"看起来"象风湿, "实际上"不是风湿.类晶体(本人建议): 电镜/X"看起来"都有对称性(但细节不同), "实际上"不是晶体(短程没有晶胞, 长程没有周期性): 名义上不是, 但实际上接近.
准将: 一般为旅长, 位阶比少将师长低, 但旅不是师的下属单位.要么军, , . 要么军, , .准妈妈: 怀孕的妇女.准大学生: 被大学录取, 但还没有入学的学生.其实欧洲人移民到了美国,取的地名都是"新什么"NEW YORK, NEW JERSEY, NEW ENGLAND 啥的。咱中国人,喜欢模仿,于是有"王府井", "上海", "东方的巴黎"。进而到今天的山寨文化盛行。

Shechtman
 大概和我等留学生一样,英语是第二语言,用了个quasi-,没想到其中的奥妙。还被鲍林嘲笑为quasi-scientist。要是用neo-crystal,诺贝尔奖要早得十年!
by ThatIsDifferent 于文学城博客[太浮闲话]

晶体结构外界影响 的結果 (無引號):

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