1 金剛石是炭[1]
　　金剛石和炭都是天然礦物。金剛石見于冷卻的火山口，一般是晶瑩透明的（粉色或黃綠色的較罕見）塊狀，有棱角，堅(jiān)硬（圖1）。最重要的是，金剛石非常罕有，其質(zhì)量單位為克拉 (1 carat=0.2 g)。因?yàn)榫К撎尥浮⒉灰讚p壞和罕見等特點(diǎn)，金剛石價(jià)值連城，它是富貴的符號，有時(shí)甚至能和愛情劃等號。今天我們知道金剛石幾乎所有的性質(zhì)都取極值，比如它的熱導(dǎo)率最大（可做大功率器件的熱沉部件，金剛石比熱的研究可是發(fā)展固體量子論的關(guān)鍵動力）、彈性模量最大而且脾氣也最大（用氮原子替代金剛石中的一個炭原子可能會氣走另一個炭原子，這個雜質(zhì)-空穴對的電子態(tài)據(jù)說是糾纏的，可用于制作量子計(jì)算機(jī)），等等。與此相對，炭會形成大型礦，儲量動輒以億噸計(jì)。炭其貌不揚(yáng)，沒有正形，黑乎乎的，一蹭一手黑。炭中長得好看的叫石墨，泛亮亮的金屬色（圖1）。按固體物理學(xué)的說法，石墨是半金屬或者間接帶隙半導(dǎo)體，能隙為 -0.04 eV，所以導(dǎo)電。石墨呈層狀結(jié)構(gòu)，容易解理留下碎片?？梢韵胍?，炭（石墨）雖然有重要的應(yīng)用，比如燒火、作鉛筆芯和電池電極，它的身價(jià)卻從沒有高起來過。在1772年拉瓦錫 (Antoine Lavoisier) 燃燒金剛石覺察到金剛石是炭之前，炭從來沒想過有金剛石這門富親戚。就是今天，如果你膽敢對一個貴婦人說她鉆戒上的金剛石就是你家燒火的煤球，她也會直接把鉆戒摔你臉上。 　　金剛石，西文除了 diamond 外還稱之為 adamas，αδ?μας，意思是不壞。筆者猜測，中文金剛不壞和 αδ?μας 這么一致估計(jì)是都來自梵語。金剛不壞的品性讓化學(xué)家很不服氣，在發(fā)現(xiàn)酸浴堿泡都不能撼動金剛石以后（其實(shí)沒那么邪乎，金剛石劃鐵，吃虧的是金剛石），法國化學(xué)家拉瓦錫想到了用火燒（難道是受太上老君和孫悟空的故事的啟發(fā)？）。1772年，拉瓦錫用級聯(lián)的兩面大透鏡把陽光匯聚到一塊金剛石上，發(fā)現(xiàn)金剛石化成一縷青煙，飛了（圖2）。后來，英國人臺南特 (Smithson Tennant) 重復(fù)了拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)，并把金剛石和石墨放到一起燒， 然后將燃燒得到的煙霧通過石灰水，于1797年確立了金剛石和石墨在化學(xué)上完全是一種東西。它們的天壤之別，竟然僅僅是因?yàn)樘吭优帕蟹绞降牟煌▓D3）。 　　2 點(diǎn)炭成金剛石的誘惑
　　在燃燒反應(yīng)證明了金剛石是炭以后不久，據(jù)說法國化學(xué)家摩爾沃 (Guyton de Mouveau) 于1799年把金剛石直接給變成了石墨，這下子金剛石和炭是一家已是確定無疑。把金剛石給燒成煙和直接變成石墨，都是敗家子的行為，讓人不免搖頭。不過若是反過來能將石墨給變成金剛石，那該是多么激動人心啊，大街上的女士們就都能帶上鑲著二斤金剛石的鉆戒啦。科學(xué)史家可能未太重視的是，點(diǎn)石墨成金剛石可是比點(diǎn)石成金更有誘惑的事業(yè)，前者對科學(xué)家的引誘和對科學(xué)的促進(jìn)與后者相比，毫不遜色。
　　為了推進(jìn)科學(xué)和攫取財(cái)富，很多科學(xué)家投身于點(diǎn)石墨成金剛石的事業(yè)。1880年，英國人漢內(nèi) (J. B. Hannay) 宣稱將石蠟、骨油和金屬鋰放入鋼管中煅燒，獲得了金剛石顆粒。這項(xiàng)工作得到了其他科學(xué)家的高度贊揚(yáng)和追捧，但是人們發(fā)現(xiàn)漢內(nèi)的結(jié)果無法重復(fù)，用此方法根本得不到金剛石。但是，科學(xué)家的熱情不會因此有絲毫的影響，更多的人投身于此項(xiàng)偉大事業(yè)，更多的思考和方法在不同的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)被逐一試驗(yàn)。

　　3 穆瓦桑成功合成金剛石
　　法國化學(xué)家莫瓦桑 (Henri Moissan, 1852-1907) 也加入了夢想點(diǎn)石墨成金剛石的隊(duì)伍。莫瓦桑是一位偉大的化學(xué)家，因自化合物中分離出元素氟獲得了1906年的諾貝爾化學(xué)獎。莫瓦桑對金剛石懷有極大的興趣，曾于1893年把隕石中的天然炭化硅 (SiC) 誤以為是金剛石, 以至于天然炭化硅如今就被稱為 moissanite（今天，依然有人或無意或故意地把 SiC 當(dāng)成金剛石或別的新型炭化硅）。莫瓦桑想到，欲將石墨轉(zhuǎn)化成金剛石，高壓是必要的條件。他注意到鐵水中是可以存在炭顆粒的，如果將高溫鐵水迅速冷卻，其局部應(yīng)變形成的應(yīng)力也許能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化石墨的壓力條件，從而獲得金剛石。應(yīng)該說，這個想法是非常正確的，用今天評基金的行話，叫技術(shù)路線明確、合理。
　　莫瓦桑碰巧還是電弧爐方面的專家。為了獲得高溫（~3500℃），莫瓦桑改進(jìn)了電弧爐并親自用電弧爐冶煉鐵水（圖4）。1893年，莫瓦桑在熔化后冷卻的鐵炭體系中，經(jīng)過酸洗，獲得了金剛石顆粒。 　　4 說不清的真相
　　莫瓦桑在實(shí)現(xiàn)了合成金剛石后，卻沒有把他的合成技術(shù)轉(zhuǎn)入生產(chǎn)階段，這從獲利的庸俗角度來看非常怪異。不過，開始時(shí)大家并沒有考慮得太多，因?yàn)槟呱４_實(shí)是一位興趣廣泛且能在廣闊的科學(xué)領(lǐng)域內(nèi)任意馳騁的科學(xué)家，他有太多的化學(xué)研究方向去施展才能。1906年，莫瓦桑獲得了諾貝爾化學(xué)獎，而他擊敗的對手是大名鼎鼎的門捷列夫。
　　然而，那些循著莫瓦桑的技術(shù)途徑合成金剛石卻一無所獲的人卻變得越來越不耐煩了。在1907年莫瓦桑辭世之后，這些人的不耐煩變得有點(diǎn)肆無忌憚。證實(shí)和重復(fù)莫瓦桑的試驗(yàn)轉(zhuǎn)向了“證偽”，也許有人還直接把質(zhì)疑當(dāng)面拋向了莫瓦桑的遺孀。后來，莫瓦桑的遺孀實(shí)在不勝其煩，終于承認(rèn)是莫瓦桑生前的助手因?yàn)閷o休止的反復(fù)實(shí)驗(yàn)實(shí)在感到厭煩，又要跟莫瓦桑交賬，就偷偷地把（家里的？實(shí)驗(yàn)室里的？）金剛石顆?；斓剑üP者猜測）敲碎的含炭碎鐵屑中糊弄莫瓦桑。也就是說，莫瓦桑不知道他是被助手騙了。
　　做個簡單的算術(shù)，從1893年宣稱獲得金剛石到1907年莫瓦桑辭世，這中間約是14年的光景。14年啊，合成金剛石的科學(xué)意義和由此帶來的名利，莫瓦桑真能將這個實(shí)驗(yàn)棄之不顧？即便他不在意名利，那些在意名利而未能成功獲得金剛石的科學(xué)家就沒有和他夠交情因而會當(dāng)面詢問的？就算是助手一直在做實(shí)驗(yàn)蒙他，助手哪去弄那么多金剛石去？將這天大的騙局歸咎于一個無名的助手，似乎很難令人信服。
　　這個故事給我們的教訓(xùn)是，將學(xué)術(shù)不端歸咎于學(xué)生或者低級別的研究人員自來就是學(xué)界的套路。作為學(xué)生或者低級別的研究人員，即便入行生涯中有千辛萬苦，也不可為別人去造假。為他人火中取栗，栗子不是你的，那著火的手卻是你的。
　　撰文 曹則賢（中國科學(xué)院物理研究所研究員）

　　注釋
　　[1] “碳”字的引入純粹是國人自找麻煩。中國的煤炭化學(xué)研究所研究的只能是碳化學(xué)，太有喜感了。這個字應(yīng)該從中文字典中永久剔除！