准晶指的是一种介于晶体和非晶体之间的固体。
准晶具有与晶体相似的长程有序的原子排列，但是不具备晶体的平移对称性。根据晶体局限定理，普通晶体只能具有二重、三重、四重或六重旋转对称性，但是准晶的X射线衍射图具有其他的对称性，例如五重对称性或者更高的（如六重以上的）对称性。
准晶体的概念由美国知名理论物理学家、宇宙暴胀理论创始人、普林斯顿大学教授保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）提出，他在《第二种不可能》一书中以第一人称讲述了科学家们历时35年发现准晶、挑战传统的故事。
这一次，他甚至“成功挑战”了自己的导师理查德·费曼。
本文节选自《第二种不可能》一书，作者保罗·斯坦哈特。
“不可能！”
这句话回响在整个演讲大厅里。此时我刚刚阐述完一种描述新物质的革命性概念，这是我和我的研究生多夫•莱文提出的。
加州理工学院的演讲大厅里挤满了来自各个学科的科学家。整场讨论进行得非常顺利，但就在最后一群听众排队走出演讲大厅时，室内传来一阵洪亮而又熟悉的声音，以及那句：“不可能！”
我闭着眼睛也能听出那独特、沙哑、带有明显纽约口音的声音。站在我面前的是我的科学偶像——传奇物理学家理查德·费曼。他顶着一头浓密的灰色齐肩长发，穿着他特有的白色衬衫，面露令人放松的顽皮微笑。
费曼因其在量子电动力学方面的开创性研究获得了诺贝尔物理学奖。在科学界，他被认为是20世纪最伟大的理论物理学家之一，而在一般公众心中，他可能也会因为查找出了“挑战者号”航空事故的原因，以及所著的两本畅销书《别闹了，费曼先生》和《你好，我是费曼》，而成为公众的偶像。
费曼非常有幽默感，他那精心设计的恶作剧也广为人知。不过，当谈及科学时，费曼就会变得极度坦诚，对他人观点的批判也非常严厉，在科学研讨会上，这样的他会让人觉得很可怕。当他听到自认为不精确或不准确的表述时，就会打断并公开质疑演讲者。
当费曼在演讲开始前走进演讲厅时，我就已经觉察到了他的存在，他像平常一样坐在前排座位上。在整个演讲过程中，我一直用眼角余光打量着他，等待着任何潜在的质疑。但费曼从始至终都未打断过我，也没有提出任何异议。
直到演讲结束后，费曼才站出来质疑我，这样的举措可能会吓坏许多科学家。不过，这不是我们第一次相遇。
大约10年前，当我还在加州理工学院读本科时，有幸与费曼密切合作过一次，对他只有钦佩和喜爱。费曼的作品、演讲以及他本人对我的指导改变了我的人生。
1970年，作为大一新生刚进校园时，我打算主修生物学或数学。在高中时，我对物理学不是特别感兴趣，但我知道加州理工学院的所有本科生都必须学习两年这门课程。
很快我便发现，大一的物理学课程非常难，这主要归咎于教科书《费曼物理学讲义》。这本书与其说是传统的教科书，不如说是根据费曼在20世纪60年代发表的一系列著名的给大一新生开的物理学讲座所编成的精彩文集。
与我看过的其他物理学教科书不同，《费曼物理学讲义》从不费笔墨讲解如何解决问题，课后作业更是令人望而生畏，做起来极具挑战性且耗费时间。不过，这些文章的一个更有价值之处是，我们对费曼思考科学问题的初始方式有了深刻的理解。每一届学生都受益于《费曼物理学讲义》。对于我来说，这些经历绝对是一次启迪。（误入：开学前14天开始开展自我健康管理；非必要不前往国内疫情中高风险地区，非必要不出境，开学当天持核酸检测证明办理入校手续。）
几个星期后，我觉得自己的大脑得到重塑，思维方式也发生了改变。我开始像物理学家一样思考，并且喜欢上了物理学。像我这一代的许多其他科学家一样，把费曼当作自己的偶像让我非常自豪。我放弃了最初关于生物学和数学的学术计划，决定全力以赴地研究物理学。
我记得在大一的时候，有几次我鼓足勇气在研讨会开始之前向费曼问好，再进一步的动作在当时就是不可想象的了。不过在大三的时候，我和室友不知怎的鼓起勇气敲开了费曼办公室的门，问他是否可以考虑教授一门非正式的课程，每周和我们这样的本科生见一次面，回答我们可能会提出的任何问题。我们告诉他，整个课程将是非正式的，没有作业，没有测试，没有成绩，没有学分。我们知道他是一个反传统的人，对官僚主义没有耐心，我们希望这种没有规则约束的做法能够吸引他。
大约10年前，费曼曾开设过类似的课程，但只面向新生，而且每年只开3个月。现在，我们请求他做同样的事情，期限为1年，并向所有本科生开放，特别是像我们这样更有可能提出更高级问题的高年级学生。我们建议将新课程命名为“物理X”，和他之前的课程一样，让每个人都知道讲授的不是课本上的内容。 费曼想了一会儿，出乎我们意料地回答道： “好的！ ”
于是在接下来的两年里，我和室友以及其他几十名幸运的学生每周都会与费曼一起度过一个有趣而难忘的下午。
“物理X”课总是从费曼进入演讲厅问有人是否有问题开始。有时候，有人提出的问题是费曼很擅长的方向。可想而知，他对这些问题的回答非常精彩。偶尔也会有人提出费曼以前从未想过的一些问题。我总是觉得这样的时刻特别吸引人，因为我有机会看到他如何第一次思考并努力解决一个问题。
我清楚地记得自己曾问过他一些自认为很有趣的问题，尽管我担心他会认为这些问题无关紧要。“阴影是什么颜色的？”我想知道。
在演讲厅前来回走动了一分钟后，费曼开始兴致勃勃地讨论这个问题。他先讲了阴影中微妙的渐变和变化，然后是光的本质、颜色的感知、月球上的阴影以及地球反照，还有月球的形成，等等。我听得十分入迷。
在我大四的时候，费曼同意在一些研究项目上做我的导师。我因此有机会更近距离地观察他解决问题的方式。每当他对我的期望落空时，我就能感受到他那尖锐、挑剔的言辞。他用“疯狂”“疯子”“可笑”“愚蠢”这样的词来批评我犯的错误。
那些刺耳的话一开始刺痛了我，也使我对自己是否适合学理论物理学产生了怀疑。不过我明显注意到，费曼似乎并没有像我那样将这些批评意见放在心上。他总是会在之后鼓励我尝试不同的方法，并在我取得进步时及时给予鼓励。
费曼教给我的最重要的事情之一是，一些最令人兴奋的科学惊喜就藏在日常现象中，你需要做的就是花时间仔细观察，然后提出一些好问题。
费曼还影响了我的信念，即没有理由屈服于那些试图迫使你专攻某一科学领域的外部压力，就像许多科学家所做的那样。费曼通过例子告诉我，我对任何不同领域的探索都是可以接受的，前提是一切都是在好奇心的引导下进行的。
在加州理工学院的最后一个学期，我们之间的一次交流特别令人难忘。
当时我正在研究一个用来预测弹力球行为的数学方案，这个方案是我开发的，用的是橡胶材质的超弹性球，这种球在当时特别流行。这是一个具有挑战性的问题，因为每次弹力球弹跳时都会改变方向。我想尝试通过预测弹力球如何沿着一系列不同角度的表面反弹来增加另一层复杂性。例如，我计算了它从地板弹到桌子下面，再弹到一个斜面，然后弹到墙上的运动轨迹。根据物理学定律，这些看似随机的运动是完全可以预测的。
我给费曼看了我的一个计算结果。根据结果预测，在我扔出弹力球，经过一系列复杂的反弹运动后，它会重新回到我的手中。我把演算纸递给他，他看了一眼我的方程式就说：“那不可能！”
“不可能！”我被这句话吓了一跳。这是他第一次对我说这样的话，而不是之前偶尔会听到的“疯狂”或“愚蠢”这样的词。
“你为什么觉得不可能?”我紧张地问。
费曼说出了他的考虑。根据我的公式，如果有人从某个高度使出一定的旋转力道释放弹力球，球将会反弹并歪向一侧，与地板呈小角度跳开。
“这显然是不可能的，保罗。”他说。我查看了一眼方程式，发现我的预测确实暗示弹力球会以一个小角度弹起。
但是我不确定这一定是“不可能”的，即使这看起来违反直觉。
相比初遇费曼时的我，此时的我有足够的底气来反驳他。“那好吧，”我说，“我以前从未做过这个实验，我们就在你的办公室里试一试吧。”
我从口袋里掏出一个弹力球，费曼看着我以规定的旋转角度把它扔了出去。果不其然，弹力球准确地朝我的方程式预测的方向飞去，以一个较低的角度从地板上滑向一边，这正是费曼认为不可能达到的结果。
刹那间，他意识到了自己的错误。他没有考虑弹力球表面的极端黏性，这决定了旋转如何影响球的轨迹。
“真蠢！”费曼大声说道。他有时也用同样的语调来批评我。
在一起工作了两年后，我终于解开了长期以来的一个疑问:“愚蠢”是费曼对每个人（包括他自己）都会使用的一个词，目的是将注意力集中在错误上，以防再犯同样的错误。
我还了解到，费曼所说的“不可能”并不一定意味着“无法实现”或“荒谬”。有时它意味着，“哇！这里有一些惊人的发现，与我们通常所认为的真实事物相矛盾，非常有了解的价值”！
保罗•斯坦哈特与“准晶”
因此，11年后，当费曼在我的演讲结束后带着戏谑的微笑走近我，开玩笑地宣布我的理论“不可能”时，我很确定地知道他的意思。
我的演讲主题是一种被称为“准晶”的全新物质形式，这与他所认为的正确原理相冲突。因此，这很有趣，有进一步了解的价值。
费曼走到我刚做过演示的桌子前，指着实验器材要求道：“再给我看一遍！”
我扳动开关开始演示，费曼一动不动地站着。他亲眼见到，实验明显违背了最著名的科学原理之一。这是一项非常基本的科学原理，费曼也在自己的讲座上描述过。事实上，在将近200年的时间里，每一位年轻的科学家都学过这一原理……自一位笨手笨脚的法国牧师偶然发现这一原理以来。
本文转载自《世界科学》微信公众号
《物理》50年精选文章