自古以来，人类在征服自然理解自然与自然共处的过程中渐渐开始认识美、感受美、体验美。美不仅融入我们的日常生活中，随着社会科技的进步与发展，它也渐渐融入到科学创造的过程中，并为科学创造服务。

审美贯穿整个创造活动的过程和结果。审美活动始终存在于科学家们的科学创造过程中。在科学创作的准备阶段，美是创造主题、选择主题的重要基础；在孕育阶段，美可以提供探索科学源源不断的动力；而在实验验证之前，可以将审美标准参与评估科学创造成果。因此，科学创造的过程同时也是审美过程。同样，科学关注真理，而真理在科学家眼中必然是美的，因此科学创作的结果也必然具有一定的美学性质^[1,2,3]。热爱美，追求真，探索科学背后的奇妙世界便是我们永恒的动力。

普遍存在于地球上的碳有很多同素异形体，除了我们所熟知的石墨、金刚石之外，还有一类碳材料一直受到人们的广泛关注，多少科学家对它的研究趋之若鹜，那便是富勒烯。富勒烯是一种潜力无限的新型碳分子，它的发现使碳家族迎来了新的成员，也刷新了我们对元素周期表上这个最为熟悉不过的小小碳原子的新的认识。富勒烯的发现开启了化学学科高对称分子的研究新篇章，是碳材料研究历史上一个重要的里程碑。但不知你们是否了解，富勒烯的发现过程体现着科学创造中的各种审美，尤其是对称之美，更是体现得淋漓尽致。

1966年，David E. H. Jones提出空心石墨“气球”的假想，“将五边形嵌入六边形石墨烯层，可能会使平面的石墨层转变为一个大的笼状封闭碳原子”^[4]，这看起来似乎是天方夜谭。当时科学环境恶劣，实验设施落后，在这样的情况下，科学家这种大胆的猜测和审美引发的类比想象，促使他们把石墨和小孩子们拿的气球联系起来，提出如此假说。但石墨是可以无限延伸的平面网状结构，想要制备出完全封闭的中空结构的分子，真的可以做到吗？当然，这只是想象和猜测而已。

为了验证这一假想，接下来近20年内，无数科学家对其进行了实验和理论上的研究。1970年，E. Osawa最开始提出具有超芳香性的含60个原子的碳分子；1973年，Bochvar和Gal’pern计算了C₆₀的休克尔分子轨道；从1981年开始，Chapman花了十年的时间尝试合成出纯的碳分子，但都以失败告终。

但就在1985年，Kroto、Smalley和Curl对碳等离子体成核过程中产生的C₆₀物种进行了一系列的实验研究，这些实验探究了C₆₀物种的性质和化学反应活性^[5]。得到了如此稳定的C₆₀分子，接下来便要对其结构进行探索。如果所有这些团簇都是简单的平面六方石墨层，那么就很难解释它的相对惰性。这种开放结构的边缘会有很多悬空键，除了极具活性的自由基(至少具有和苯基或苄烯一样的活性)之外，都无法反应。就在实验遇到瓶颈无法进行时，Kroto受到由正五边形和正六边形拼接而成的加拿大蒙特利尔万国博览会的美国馆建筑的启发，与Smalley和Curl推测，C₆₀分子能具有如此稳定的性质，可能也具有类似的球形结构^[6]。更为有趣的是，当时的Smalley偶然看到德州草地上的一个足球，与推测的C₆₀结构极为相像，这对他们团队顺利进行接下来的实验起到了极大的启迪作用。最终，他们还以设计师巴克明斯特·富勒为C₆₀命名——Buckminsterfullerene，以此致敬富勒。

几何上的考虑，加上化学的直觉，这便是富勒烯分子具有如此特殊稳定性的逻辑基础。审美想象的成功运用，往往使得科学难题迎刃而解。

一直到1990年，一群物理学家制备出了可以看得见摸得着的富勒烯，才使其真正成为现实，同时也确认了之前的推测，富勒烯是一个由60个碳原子组成的足球形状的完全封闭的分子^[6]。富勒烯分子由12个五边形和10个六边形排列在一个球体的表面，具有非常完美的球形结构，由于截角的正二十面体笼结构固有的电子性质而非常稳定^[7]。石墨片能够闭合成球状壳，同时也消除了其活性边缘。这样的结构满足所有的原子价，而且无论从哪个角度观察到的富勒烯都是相同的结构，就是这样一个如此高对称性的唯一封闭分子型碳材料为人们研究碳材料开辟了一条崭新的道路。不仅如此，后来的科研工作者们还提出了将各种原子结合在里面的可能性。

其实，对称在我们的生活中随处可见，不止具有对称性的几何图形，世上所有对称的生物往往都给人们视觉上带来无限的冲击和感受，使人们感觉到优美、舒适。换句话说，对称正是美的重要表现形式^[8]。正因如此，在科学创造活动中，科学家们力求理论的对称性，或者通过事物的对称性获得灵感，激发创造。这在科学史上也有很多例证——麦克斯韦电磁理论，爱因斯坦引力场，薛定谔方程，凯库勒梦中顿悟苯分子的环状对称结构等等^[8,9]，无一不是科学家们对于对称美的追求与探索。

1991年，富勒烯被《Science》评为“年度明星分子”登上杂志封面，掀起科学界的一阵轰动；五年之后，Kroto、Smalley和Curl也因对富勒烯的重要贡献而获得诺贝尔化学奖，共享这一荣誉和喜悦。富勒烯的发现充满着意外和惊喜，Smalley曾在他的演讲中说到，“这一发现是他们团队五个人经历的最具灵感的体验之一”^[10]。不言而喻，这段经历对于Smalley及他的团队来说多么神奇又充满挑战。灵感就是来得这么猝不及防。诚然，灵感是顿悟，是偶然，但其实它也是必然，正是他们具有长期积累的知识和经验，在遇到瓶颈时，可以深入地将事物联系起来，再加以一定的审美思考，问题自然迎刃而解。当科学问题与审美想象碰撞出火花，创造灵感和直觉相伴而生。

未来的日子我们也会加入科学创造的大家庭，在这期间，势必会困难重重，这就要求我们运用正确的方法，具备更强的素质和能力^[11,12]。首先要不畏权威、敢于质疑，发现前人的问题，发散思维，放飞自己的审美想象，设法寻找解决问题的突破口。其次，我们还需要扎实自己的专业知识，扩展非专业知识，只有深入探究事物之间的联系，才有可能突破科研瓶颈。在完成专业知识学习的同时也要广泛涉猎，开阔眼界的同时具备更全面的知识储备，提高事物联系的敏感度。除此之外，在不断体会科研快乐的同时，注重自己审美能力和艺术素养的提高，不仅可以劳逸结合，使精神得到放松，更最重要的是提升对美的感知力，活跃自己的思维，当问题出现时敏锐地发现其本质和规律。在我国建设伟大创新型国家战略的背景下，努力提高自己的艺术素养和创新意识，为国家的建设和社会的进步添砖加瓦。

参考文献：

[1]袁媛. 论科学创造中的审美活动[D].长沙理工大学,2010.

[2]谭清华. 论审美因素在科学创造中的作用[D].广西大学,2006.

[3]李丽莉. 科学创造中审美作用及其机制研究[D].东北师范大学,2004.

[4]Jones, D. E. H. New Scientist, 1966, 3 Nov, 245

[5]Kroto, H. W.; Heath, J. R.; O’Brien, S. C.; Curl, R. F.; Smalley, R. E. Nature (London), 1985, 318, 162-163.

[6][英]吉姆·巴戈特. 完美的对称[M]. 李涛, 曹志良译. 上海科技教育出版社, 2012

[7]Kroto, H. W., Allaf, A. W., & Balm, S. P. C60: Buckminsterfullerene. Chemical Reviews, 1991, 91(6), 1213–1235, .  

[8]黄昊. 自然科学研究中的审美活动初探[D].复旦大学,2011.

[9]陆茜. 论审美方法在自然科学创造中的作用[D].广西师范大学,2008.

[10]Richard E. Smalley. Discovering the fullerenes. Reviews of Modern Physics, 69(3), 1997.

[11]秦绪娟. 科学创造中的审美想象研究[D].哈尔滨理工大学,2012.

[12]刘仲林. 科学臻美方法[M]. 科学出版社, 2002

（作者：闫可欣 中国科学技术大学化学与材料科学学院 学生）