大象如何站在鉛筆上
一個關於石墨烯、大象和鉛筆尖的故事。
這是@qikipedia 在2011年9月1日發的一條推特（Twitter）全文：「如果有一層保鮮膜那麼厚的石墨烯（graphene），那麼想把它刺穿就需要一頭大象平衡地站在一支鉛筆上。」一番偵查工作顯示，這個說法源自哥倫比亞大學（ColumbiaUniversity）的機械工程學教授詹姆斯霍恩（JamesHone），他在2008年說過：「我們的研究證明，石墨烯是人類所知最堅韌的物質，比結構鋼還堅韌200倍左右。如果有一層賽倫保鮮膜（Saran
Wrap）那麼厚的石墨烯，那麼想把它刺穿就需要一頭大象平衡地站在一支鉛筆上。」
這位教授的宣言引發了一系列問題，第一個問題：「什麼是石墨烯？」微軟的Word軟體就不知道，它一個勁地在「graphene」底下畫紅色波浪線，那意思是「你要寫的是不是『grapheme』（字母）？」（當然不是，儘管我的確在這個頁面上堆滿了各種字母。）
幸好，維基百科總算是收錄了石墨烯的定義，它來自安德烈海姆（AndreGeim）和康斯坦丁諾沃肖洛夫（KonstantinNovoselov）合寫的一篇論文（這兩位就是憑藉對這種神奇物質的研究獲得了2010年度的諾貝爾物理學獎）。他們的定義如下：「石墨烯是一種緊密組裝成二維蜂窩狀柵格結構的單層碳原子（原文如此），也是構成其他各種維度石墨材料的基本成分。它可以變成零維的富勒烯，捲成一維的納米管，或者堆成三維的石墨。」請想像一張鐵絲網，再將網上的每個節點替換成一個碳原子，你想像出來的這個怪東西就是石墨烯了。（好吧，是虛擬
的石墨烯。）
霍恩教授是寧願設法將幾層石墨烯堆疊成保鮮膜的厚度，也不願意為我接下來的問題費心的。那麼，善良的讀者，我就把這些問題都留給您吧，我們這就開始。
首先，那支鉛筆是垂直的還是水平的？就權當它是垂直的吧。這樣一來，那頭大象的全部體重就都集中在石墨烯的一點上了。水平的鉛筆在多數狀況下都是沒有用處的（比如躺在鉛筆盒裡時），除非是在牆壁上寫字。
其次，那支鉛筆是用什麼做的？普通的鉛筆頭不可能承受大象的體重。那麼答案肯定是被捲成巨大納米管的石墨烯。（對納米管來說是巨大的，但對鉛筆來說正好。）制筆的時候不妨在石墨烯卷裡加入一根較細的石墨柱體，這樣就真的可以書寫了，可那樣又太學究氣了一點。（不過話說回來，不能寫的還能叫鉛筆嗎？大概不行吧。有人跟我說過我不能寫，而我也顯然不是一支鉛筆。）
總之，我們現在有了石墨烯保鮮膜和石墨烯鉛筆。下一個問題是：那頭大象要怎麼弄到鉛筆上去？且慢，稍等片刻。這大象是體重6,800千克的非洲象呢，還是體型較小、僅重4,500千克的亞洲象？
這兩種動物不光是體型不同，性情也大不一樣。你或許可以安然無恙地讓亞洲象表演這個特技，但我是不會試圖讓一頭非洲象站上一支鉛筆的，尤其是一頭非洲公象。它或許無法將石墨烯的鉛筆壓斷，但十有八九會奮力抗拒，把整個實驗室摧毀。
其實仔細想想，我們對那頭大象了解得並不算多。它是一頭成年象，還是一頭象寶寶？要站上鉛筆的話，一頭亞洲象寶寶是最容易的選擇。另外，大象接近石墨烯的時候，研究人員有沒有播放美國作曲家亨利曼西尼（HenryMancini）的《小象進行曲》（BabyElephantWalk）？如果沒有，是為什麼？畢竟這樣的機會可不是天天都有的。
當象寶寶的體重集中在鉛筆的筆尖上時，產生的壓強能將下面的石墨烯刺穿嗎？如果實驗原本需要的是一頭成年非洲象，那麼我很懷疑那頭100千克的象寶寶是否夠重。如果那頭可愛的小象把全部重量都壓在那支強度卓絕的納米鉛筆上，那麼保鮮膜或許沒有問題，就怕小象會撐不住，鉛筆會在可憐的象寶寶身上扎個洞，並整個陷進它的肉裡。這下，就會有一頭受傷的亞洲象寶寶在你的石墨烯上血流不止，一頭象媽媽在一邊氣得發瘋，一群動物保護組織的人在外面大聲抗議了。
我們最終還是得挑選一頭完全長成的亞洲象，它的身上要包裹一層保護性的石墨烯，它的象腿站在石墨烯的鉛筆上，在石墨烯的薄膜上保持平衡。而且它還不能像這篇專欄文章這樣——偏離中心。（翻譯紅豬）
（本文選自《環球科學》雜誌《大象如何站在鉛筆上》/外語教學與研究出版社）