诺奖得主出题：晶体和蒙娜丽莎画像有何联系？Frontiers for Young Minds期刊网站上线了五位诺贝尔奖得主专门为青少年撰写的科学文章合集。《赛先生》获FYM官方授权翻译五篇文章，将陆续分享给中文读者。目前，该合集收录以下文章：《我们如何找到自己的路？
大脑里的网格细胞》、《为生物学服务的计算机模拟技术》、《准晶体，而非准科学家》、《生命的转录：从DNA到RNA》、《蛋白质的靶向降解：泛素系统》。和所有在FYM发表的文章一样，五位诺贝尔奖得主作者们同样需要用孩子的语言对文章进行改写，随后由8-15岁的青少年审稿人出具审稿报告，通过后文章才可以发表，以确保文章易于理解并有趣。
来自瑞士的一位13岁的青少年审稿人分享了他的看法："我对科学非常感兴趣，能审核来自真正的科学家的稿件，这件事情真的很有意思！许多论文向儿童阐述了一些危险的疾病，我认为这些信息太重要了！"该合集的作者之一，2004年诺贝尔化学奖得主Aaron Ciechanover说：“奖项与认可不是人们追求的最终目标，把知识传递到世界各地并造福人类，才是作为科学家的伟大成就。
我从小就喜欢阅读科学知识，我想在那个时候，我心里就埋下了科学好奇心的种子。”准晶体的发现掀起了晶体科学的一场革命，改写了我们对晶体的基本定义。材料科学主要研究不同材料的结构和特性。有一种材料叫晶体。晶体是固体材料，其基本构造单元在空间以高度有序的方式组织在一起。盐、石英和钻石都是著名的晶体。在普通晶体中，基本构造单元按照一定周期性组织起来，它们在各个方向上是周期性重复的。
但在特殊晶体即准晶体中，基本构造单元的排列是非重复的。准晶体的发现掀起了晶体科学的一场革命，改写了我们对晶体的基本定义。在发现了第一个准晶体后，科学家们又发现了几百种准晶体。有的准晶体显示出独特的物理特性，已经在许多领域得到应用。我七岁时，祖父送给我一份特殊的礼物——放大镜！我很开心，拿着放大镜在拉马特甘到处走。我用它观察身边的一切：花朵，虫子，沙子，还有许多其它微小的东西。
在这个过程中，我不知不觉爱上了微观世界。后来我五年级时，学校新到了一台显微镜。每周我都请求老师把显微镜带到课堂来。终于有一天他真的带过来了，还让我第一个上去观察。我们观察了一片树叶，我还能看到叶绿素在动。从那以后我再也离不开那台显微镜了。又过了很多年，我到以色列理工学院念书的时候，我们系获得了一架特别强大的显微镜，叫透射电子显微镜。我爱上了TEM，因为它能实现我对微观世界的科学好奇心。
很快我就掌握了TEM的操作要领，正是用它，我发现了后来给我带来诺贝尔奖的一种新材料。1981年，我到美国学习与飞机有关的铝合金材料。我先是研究铝铁合金，发现了一种新的相——即合金原子新的排列顺序。我想研究这个排列顺序，但它并不稳定，经常变化。所以我又制作了各种铝锰合金，因为铝锰合金比较稳定。做合金时我用了不同浓度的铝和锰，虽然有些并不适用于飞机材料，出于好奇我还是把它们都制备出来了。
然后再用TEM逐一研究。我管TEM叫“显微镜之王”，因为它是一种强大的研究工具，具有惊人的能力，可以让我们看到材料中原子的排列方式。1982年4月8日星期四，当我用TEM扫描一种合金时，屏幕上出现了非常特别的图案。我们把电子和固体障碍物相互作用时产生的图案叫衍射图案。我立刻意识到这种合金的衍射图案不同寻常。也就是说这种材料具有特殊的内部结构，即现在所说的准晶体结构。
我当即在实验室笔记本上写下“10阶？？？”。现在我来解释一下为什么这个图案如此特殊，我的笔记是什么意思，以及为什么这个发现给晶体学带来了一场革命。1912年，德国科学家马克斯·冯·劳厄开创了晶体学。冯·劳厄是第一个把X射线打到晶体里的人，他看到了晶体原子形成的有序的衍射图案。同年，英格兰一对名叫布拉格的父子科学家发明了一个数学方程式，用来描述冯·劳厄观察到的实验现象。从此晶体学开始崭露头角。
晶体学诞生后，科学家们研究了数千种晶体，它们表现出两方面的共性：原子排列是有序的和周期性的。在这些观察的基础上，晶体被定义为“内部原子具有固定、重复结构的固体材料。”盐粒、石英砂和钻石都是典型的晶体，而大多数金属也是晶体。传统晶体还具有旋转对称的性质。描述晶体结构的数学法则表明，晶体可以具有不同的旋转对称性，称为“阶”，包括1阶，2阶，3阶，4阶或6阶，而非其它的阶数。
晶体学诞生整整70年后，我发现了一种有序、但非周期性的晶体。为了更好地理解这句话的意思，请看图3的左边。你可以看到，在中心圆点的周围有若干逐渐向外扩展的、由黑点组成的同心圆。每个圆上都有十个点，就像一朵由五对叶子组成的小花。量一下圆心到第一个圆的距离，你会发现它并不是圆心到第二个圆的距离的一半。这说明我们不能对其中的一个圆进行复制，然后按相同的间隔距离依次排开来得到这个晶体的实际结构。
所以这个晶体是非周期性的。不过，我们确实可以用数学来描述圆心到各个圆周的距离，这说明该晶体的结构不是随机的，而是有序的。请注意，图3左边的圆上每个相邻原子之间的距离都是相等的。因为一共有10个点，所以如果你在圆心放一条轴并向任意方向旋转36度，旋转后你会得到完全相同的结构。这就是10阶旋转对称。但是，5阶和10阶对称在周期性晶体中是不存在的，所以这个晶体肯定不是周期性的。
这就是为什么我会写下“10阶？？？”这样的笔记，它实际上是“10阶旋转对称”的简写。我还连打了三个问号，因为我知道此前从未观察到10阶对称的晶体。1984年，我和同事们就这个发现发表了两篇论文。全世界几千名研究人员开始和我们一起研究准晶体；现在有关准晶体的论文数量已经超过了一万篇。但是也出现了以美国科学家、两次诺贝尔奖得主莱纳斯·鲍林为首的强烈的反对声。
鲍林甚至对我发动了个人攻击，他说：“这世上没有准晶体，只有准科学家。”他和他的支持者们认为我从显微镜里看到的是孪晶现象。孪晶是两个相互耦合的晶体。每个晶体本身都具有有序和周期性的结构，只是因为连接在一起，才会看到5阶旋转对称。我马上去检查我的晶体里是否有孪晶。没有发现任何孪晶，我对自己的原创性发现确信无疑。我知道自己发现了一种全新的现象和材料。而鲍林对我的反对持续了十年之久！
直到1994年他去世后，反对声才渐渐退去。那扇门终于打开了，我的发现被完全接受。承认了准晶体，也就赋予了晶体新的定义，也为晶体研究开辟了新思路。在随后发现的数百个准晶体中，有些准晶体表现出抗老化、电学特性随温度变化而变化等非常有用的属性。用准晶体制成的产品包括斯塔姆牌不粘锅和山特维克公司的加强不锈钢。如果你想成为一名科学家，你需要培养两种品质。首先你要成为科学全才。
要对不同领域有广泛的了解，如数学、物理、化学、生物、计算机。要知道哪些现象已经被发现了，根据现有理论哪些现象是被“允许的”或“禁止的”。就我自己的发现而言，我当时很清楚晶体的经典定义“禁止”5阶对称，而且5阶对称之前仅在孪晶中看到过。但了解现有理论并不足以让你成为一名成功的科学家。还要发展专业知识。找到你喜欢做、擅长做、让你感兴趣的事——并成为这方面的专家。
我自己发展了有关TEM的专业知识，当时能把这种显微镜用得和我一样好的人没几个。这是我的优势，即使后来面对鲍林的严厉批评，我也能对自己的结果保持信心。总之请记住，生活为我们提供了许多机会，而我们应该知道如何利用这些机会。还请记住，生活是由极其丰富的元素构成的。有人问我这辈子什么时刻最幸福，我回答说最幸福的时刻是我和妻子在一起的时光，并且我们的4个孩子和12个孙子孙女出生的时候。
希望你也能体会到创造生命、理解世界的种种奇妙，祝你旅途愉快。在我发现的晶体中，各圆圈直径之间的比率是黄金比例——一个约等于1.618的无理数。在达芬奇最著名的画作蒙娜丽莎的脸上也发现了同样的黄金比例。黄金比例为观众带来愉悦的美感体验。你能看到我发现的衍射图案之美吗？本文的采访和部分写作由以色列理工学院研究生Noa Segev完成。
审稿人：以色列贝尔谢巴市Makif Amit学校 Nachshon班的同学，年龄: 12-13岁。这个班的学生广泛地学习科学、计算机科学和数学。这个班级被称为"Nahshon"，意在强调团队合作和领导能力。班主任为Adva Meisel博士。