碳是轻量原子，质子数为6，碳原子核内通常有六个中子，有时为八个这种名为碳14的碳原子，原子核极不稳定会因放射性衰变而裂解由于衰变率长时间恒定，加上许多物质都含有14，因此测量物质内的碳-14含量就能推算该物质的年龄。这种科学方法称为碳定年法，比其他方法更能帮助我们掌握远古事件。巨石阵、都灵裹尸布和死海古卷都是靠碳-14确定年代的。

撇开放射性不谈，对碳而言，原子核的重要性不大。就碳的其他性质和表现来看，环绕和屏障碳原子核的六个电子才是关键。其中两个电子位于接近原子核的内层，对碳原子的化学性质毫无影响，也就是跟碳和其他元素的反应无关。剩下的四个电子位于最外层，性质活跃。就是这四个电子，让铅笔的石墨笔芯和订婚戒指的钻石大不相同。

碳原子有很多选择，最简单的就是把四个电子跟另一个碳原子分享形成四个化学键。这可以化解四个电子的活性，每个电子都有来自另一个碳原子的电子与之配对，形成非常稳固的晶体结构，也就是钻石。

目前人类发现的最大钻石位于银河系巨蛇座的巨蛇头，它是脉冲星2J719-1438的卫星，体积为地球的五倍。相较之下，地球的钻石小得可，最大也只跟足球差不多，这颗钻石来自南非卡利南矿场，于1907年献给英王爱德华七世祝寿，目前属于英国王室的加冕珠宝。这枚钻石在地表下极深处形成，大约是地底三百公里左右，经过数十亿年的高温高压才从纯碳巨岩变成钻石，之后应该是由火山喷发带到地表，默默伏了数百万年才被人类在矿坑里发现。

我小时候经常被拎去博物馆，参观国立某某馆或某某院，而我不管去哪一馆哪一院，都觉得很无聊。我试着模仿大人的动作，带着若有所思的神情在馆里默默走动，或站在某一幅绘画或一尊雕塑前沉思，可惜没用点感觉或收获都没有。但去参观加冕珠宝就不同了，我一进去就迷上了感觉就像进了阿拉丁的宝库。金饰和珠宝仿佛在对我说话，比艺术更基本更原始，一股虔敬之情在我心中油然而生。事后回想起来，我觉得震慑我的不是金银财富，而是那纯粹的物质性大群参观者挤在“非洲之星”（卡利南矿场那枚全球最大的钻石切割完成后，命名为非洲之星）前面，光是瞥见它一眼就让我永生难忘，即使有一个身穿潮湿格子衬衫的大块头男人和一个个不停的印度妇人挡在我前面，我是从那男人的腋下看到的，依然让我印象深刻。在场有印度妇人也实在巧合，因为我后来看我父亲的百科书时才发现，印度过去是钻石的唯一来源地，直到18世纪中叶其他地区（尤其是南非）也发现钻石才事实上，每颗钻石都是一整块单晶。一颗钻石通常含有大约一千万亿失去独占地位0（1，0000000000个原子，排列组合成完美的金字塔结构。就是这个结构让钻石拥有如此特的性质。电子在这个结构中被牢牢锁住，非常稳固，因此钻石才会以硬度著称。钻石很透明，但色数高得出奇，所以会让入射光分解为七色，产生耀眼的七彩光辉。极度坚硬加上色泽晶莹，让钻石成为几近完美的宝石。因为硬度高所以几乎不会遭任何东西刮伤，可以永远保持切面完整、亮度无瑕，不仅能终生佩戴，甚至能抵受文明更迭。无论晴雨，在大风沙或丛林中佩戴甚至洗衣时戴着，统统不用害怕。人类早在远古时代就知道钻石是世界上最坚硬的材质。钻石的英文 diamond，源自古希腊 adamas，意思就是“不可改变”和“不会碎裂”的。

19世纪时又有一种焦黑物质蹿起，那就是煤。煤炭和烧焦的面包不同，它的碳原子六角形平面结构不是受热产生的，而是腐殖质经过数百万年的地质作用形成的。煤炭最初是泥炭，但在适当温度和压力的作用下会变成褐炭，接着转为烟煤或沥青煤，再变成无烟煤，最后成为石墨。在这个过程中，煤炭逐渐失去易挥发的成分，也就是腐殖质里原有的氮、硫和氧，变成越来越纯的碳。当六角形平面开始生成，煤炭就会出现金属光泽这个特征在一些漆黑如镜的煤炭上特别明显，例如无烟煤。不过，煤炭很少是纯碳，所以烧起来有时味道才会那么重。由智利南洋杉石化而成的煤炭最具美感。它质地坚硬，可以凿切和抛光散放美丽的乌黑光泽。这种煤炭又称为黑琥珀，因为它和琥珀一样能因摩擦而产生静电，让头发竖直。不过，黑玉才是它更广为人知的名字。19世纪英国维多利亚女王为了悼念夫婿亚伯特王子的辞世，决定终生服丧，从此黑衣素服并佩戴黑玉首饰，立刻让黑玉蔚为时尚。

大英帝国对黑玉的喜好突然大增，使得黑玉矿藏量丰富的约克都惠特比镇（就是作家斯托克后来写下《吸血鬼德古拉》的地方）一夜之间全面停止生产燃料，改做悼念首饰，从此成为知名的黑玉珠宝重镇。

过去若是宜称钻石跟煤炭以及石墨是同一种东西，一定会被笑是痴人说梦。一直到化学家开始观察钻石受热后的变化，局面才有所改观。

1772年，化学之父拉瓦锡就这么做了。他加热钻石至火红，发现钻石燃烧后什么都没留下，一点不剩，仿佛彻底消失了。这个实验结果让他大为意外。其他宝石无论是红宝石或蓝宝石都能耐赤热，甚至白热，完全不会燃烧，而钻石身为宝石之王却似乎有着致命弱点拉瓦锡接下来做的事情真是深得我心，充分展现了实验的优美之处。他在真空中加热钻石，不让空气与之反应，好加热到更高的温度。这个实验说易行难，尤其当时是18世纪，连要制造真空都不简单。然而，钻石受热后的反应让拉瓦锡瞠目结舌。钻石依然不耐赤，但这回没有消失，而是变成了石墨:证明钻石和石墨确实由同一种物质组成，也就是碳知道这一点后，拉瓦锡和无数的欧洲人便开始寻找逆转的方法，想把石墨变成钻石。找到的人就能一夜致富，因此所有人都争先恐后，然雨这是艰巨的任务，因为所有物质都倾向从不稳定态转变为稳定态，而站石的结构比石墨稳定，所以需要极高的温度和压力才能反转这个过程，下有这种条件，但仍需要数十亿年才能生成一枚巨钻，而在实验室模拟网样的环境非常困难。每隔几年就有人宜称成功，却又一次次被证明失歌投入实验的科学家没有人一夜致富，有人说这证明了没人成功，有人则怀疑成功的人秘而不宣，暗地里慢慢发财。