地球是一個奇跡
歷史|美國
這是一顆合成鉆石,它和天然鉆石的成分結構完全相同:兩者都是碳棱鏡結構,透過緊密鍵合形成極致堅硬且閃亮的寶石。|攝影: DAVIDE MONTELEONE,國家地理圖片集
當人類還在為鉆石開采大打出手時,1955年 美國通用電氣公司 (General Electric Company) 宣布一種和天然鉆石在結構上沒有任何區別人工鉆石或將解決這一爭端。
然而,對這一「和平之石」最大貢獻的科學家 霍華德·卓斯·霍爾 (Howard Tracy Hall) 卻只拿到了25美元獎勵。
年輕時的霍華德·卓斯·霍爾(Howard Tracy Hall) | Wikipedia
25美元獎勵
1954年12月,科學家霍爾向通用電氣高層報告——自己成功制造出了鉆石。
收到訊息的高層幾乎都認為他在信口開河。因為幾個世紀以來,研究人員嘗試了各種方法來制造鉆石,希望能夠「點石成金」,偶爾有人聲稱合成了幾塊「石頭」。
但真正的鉆石從未被合成過 ,觀察家甚至認為,連這些「石頭」可能都是研究人員自己放進去的。
一周後,當霍爾離開公司後,通用電氣在其不在場情況下,重新復刻了實驗,結果真的出現了鉆石。
1955年2月14日 ,通用電氣公司地借著情人節的勢頭, 宣布自己已經創造了第一顆人造鉆石 ,並在全國各地進行大肆宣傳。
然而,宣傳中卻暗示鉆石的功勞是該公司昂貴制作成本和團隊多年努力,霍爾和他的器材被邊緣化了。 公司內部給他的獎勵——僅是一張25美元的儲蓄債券。
這排寶石曾出現在1971年的【國家地理】中,其中只有一枚是天然的,其他都是人造的。右數第五個戒指上的寶石是從天然鉆石上切割下來的。| 國家地理圖片集
認為受到侮辱的霍爾從此與通用電氣分道揚鑣,為什麽發明鉆石的科學家受到如此待遇?
「超級壓力」
1919年,霍爾出生於美國猶他州。小學四年級時他就立誌要當像愛迪生一樣的發明家,他曾慷慨激昂地宣布自己要為通用電氣公司工作。
1948年, 美國通用電氣公司 (General Electric Company) 開展了一個名叫 「超級壓力」 (Superpressure) 的專案, 致力於制造鉆石 。
28歲就在美國著名化學家 亨利·艾林 (Henry D. Eyring) 的指導下博士畢業的霍爾幾乎放棄了其他就業機會, 只將自己的簡歷投給了通用電氣 。
憑借優異成績,霍爾成功加入「超級壓力」專案。起初他什麽都不熟悉,一邊要應對死氣沈沈的團隊,一邊要向同事了解人造鉆石背後的歷史。
原來千百年間,人們對這堅如磐石的石頭一點都不了解。直到1794年,眾多科學家們的努力實驗下,
才確定鉆石是一種純碳
。
它的成份與我們常見的煤、鉛筆芯及糖的成份相同,是由碳元素組成的、具有立方結構的天然晶體。
碳元素在較高的溫度、壓力下,結晶形成石墨;而在高溫、極高壓力及還原環境(通常來說就是一種缺氧的環境) 中則結晶為珍貴的鉆石。
這是一顆9克拉的鉆石,很長時間鉆石被認為只能在自然中產生。| 國家地理圖片集
當時, 通用公司科學家購買了一台價值12.5萬美元的大型壓力機 ,該壓力機可以在狹窄空間內產生每平方英寸160萬磅的壓力,希望透過壓力制造出鉆石。
實驗卻屢屢失敗,霍爾提出質疑,無法產生鉆石難道只是壓力不夠嗎?
重新設計方案
霍爾認為當時通用公司科學家的思路是錯的。
他決定重新設計一種方案,在查閱資料後,霍爾認為選擇更堅韌、也更昂貴的 碳化鈷 (分散在鈷中的碳化鎢) 或特許以。
在他不斷地改進後, 壓力機已經能產生高於10GPa的高壓和高於2000°C的溫度 。他在壓機中裝了葉蠟石容器,實驗過程中石墨溶解在熔融的鎳、鈷或鐵中 。
當他信心滿滿地將自己的設想報告向公司申請1000美元經費時,公司卻一口拒絕了他的要求。
原因是在長達六年的研發中,通用已耗費了大量資金,卻一無所獲,高層對制造鉆石這件事也心生動搖。
霍華德·卓斯·霍爾重新設計的方案。 | Wikipedia
無奈,霍爾只能說服其他主管,為其購買實驗所需昂貴的碳化鈷。 在幾次試錯後, 霍爾於1954年12月16日對新器材進行了最終測試 ,當時實驗室的其他研究人員已經離開,去過聖誕節了。
當他在實驗後開啟器材時,他後來回憶道:「我的手開始顫抖,我的心臟跳得很快,站都站不住了,我的眼睛捕捉到了幾十個微小的......水晶的閃光。」
通用公司很快靠其獲得數百萬美元收入,但後續的收入與霍爾無關,他只獲得了25美金的獎勵。
泄露鉆石的秘密
氣憤的霍爾離開通用電氣, 接受 楊百翰大學 (Brigham Young University) 的邀請,繼續開展他的研究。
但根據協定,這項專利屬於通用電氣,不屬於個人。公司向聯邦政府申請了禁令,禁止他處理器材或談論器材是如何制造的。 如果反此規定意味著巨額罰款和監禁。
但失去專利並沒有阻止霍爾。
在一年內,他又重新發明了一台 四面體壓力機 (tetrahedral press) ,與原本的設計完全不同。從技術上講,它沒有違反任何禁令,也不構成對通用電氣專利的侵犯。
1960年,霍華德·卓斯·霍爾和他的四面體壓力機。 | Wikipedia
地球科學家Robert M.說,當時都認為霍爾能憑借一整套完整的高壓制造體系獲得諾貝爾獎, 因為鉆石不光是一種珠寶,對工程界來說也是不可或缺的原料 。
雖然無緣諾獎,但在重壓之下,霍爾 將人生煉化成了閃閃發光的鉆石。
撰文:Arvin
編輯:Arvin
版式設計:晨嘉
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