神奇的巴基球

萬(wàn)廣磊摘編

1509年出版的《神圣比例》一書中收錄了萊昂納多·達(dá)·芬奇畫的5個(gè)柏拉圖多面體，其每個(gè)面都是相同的正多邊形。正二十面體由20個(gè)等邊三角形組成，正十二面體由12個(gè)正五邊形組成，正八面體由8個(gè)等邊三角形組成，正四面體由4個(gè)等邊三角形組成，立方體（或稱正六面體）由6個(gè)正方形組成。

此后，阿基米德發(fā)現(xiàn)，只要對(duì)稱地截掉正二十面體、正十二面體、正八面體、正四面體、立方體的頂點(diǎn)，就能創(chuàng)造出五種與之相對(duì)應(yīng)的多面體，這就是“阿基米德多面體”。這些多面體的頂點(diǎn)很相似，但面卻不完全相同。仿照此法，也可以構(gòu)建出另外八個(gè)阿基米德多面體。我們可以把它們看作繼柏拉圖多面體和星型多面體之后的第二對(duì)稱多面體。

人們發(fā)現(xiàn)，某一個(gè)阿基米德多面體在宇宙中具有極其特殊的重要意義，并且在近20年來(lái)的化學(xué)發(fā)展中有著舉足輕重的地位。這個(gè)特殊的多面體就是阿基米德截角二十面體。它有60個(gè)頂點(diǎn)和32個(gè)面，每三個(gè)面相交于一個(gè)頂點(diǎn)，此外還有90條邊。32個(gè)面中包含20個(gè)六邊形和12個(gè)五邊形，每?jī)蓚€(gè)六邊形和一個(gè)五邊形相交于一個(gè)頂點(diǎn)。這是一種美麗的結(jié)構(gòu)，和我們常見的由黑色的五邊形和白色的六邊形組成的足球一模一樣。

1967年，富勒為蒙特利爾世界博覽會(huì)設(shè)計(jì)的美國(guó)館就是一個(gè)由網(wǎng)格狀球頂構(gòu)成的建筑，球頂上的面是由五邊形和六邊形交織構(gòu)成的截角二十面體。整個(gè)建筑令人嘆為觀止，其規(guī)模和形態(tài)引起了很多科學(xué)家和設(shè)計(jì)師的注意，其中就包括發(fā)現(xiàn)了碳-60的化學(xué)家哈里·克羅托。人們給這種碳結(jié)構(gòu)起過很多名字，起初它被稱作“富勒烯”，以紀(jì)念“富勒頂”結(jié)構(gòu)為化學(xué)做出的貢獻(xiàn)，之后也被稱為“巴基球”，甚至偶爾也被稱為“足球烯”。

美國(guó)宇航局的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡于2010年首次在太空的星際介質(zhì)中發(fā)現(xiàn)了固體形態(tài)的巴基球。星際介質(zhì)是存在于太陽(yáng)系之間的彌散物質(zhì)，具體來(lái)說(shuō)就是恒星與恒星之間含有的大量彌漫氣體云和微小固態(tài)粒子。在大多數(shù)情況下，星際介質(zhì)出現(xiàn)在云狀聚集物中，有時(shí)其濃度足以形成恒星。因此，無(wú)數(shù)科學(xué)家想要解開其中的奧秘，因?yàn)樗麄冎?，理解星際介質(zhì)將有助于理解恒星、行星以及生命的起源。