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《未来科学家》

开博时间:2016-11-21 21:26:00

《未来科学家》是一本面向广大青少年的科普刊物,1998年4月创刊,原名《江苏电视教育》,著名华裔科学家...

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大师科普 “软”“硬”皆施

2009-12-18 00:51:47

  克劳斯·冯·克利青(1943-):德国物理学家,他因为发现导电体的电阻在适当条件下呈现量子化而获得1985年的诺贝尔物理学奖。

  当你把一勺布丁往嘴里送的时候,你一定在想:这股绝妙的香草味道会向四下里蔓延开来。从舌尖到腹部,你突然都有了这种舒适而柔软的感觉,连咀嚼都不必。但是,当你吃点心时,一不留神咬到一颗硬的李子核,那情况就完全不一样了。

  为什么布丁是软的?因为它的分子互相联结得不是很紧密,并且很快便又互相分离。如果你把布丁在室外放置几天,你就会看到,美味、浓稠的布丁只剩下一滩难以下咽的稀泥。

  但是石头却是硬的。人们必须用强力才能粉碎它。如果你打碎一块石头,你就会看到石头内部闪闪发光。这是石头的原子,他们已经联结成坚固和有规则的晶格——我们称之为晶体。因为其中的原子互相之间颇有好感,所以它们相互紧挨着,构成一个由几十亿个原子组成的有规律的排列好的阵容。晶体的表面往往十分光滑,并且在光照下闪闪发亮。

  这或许会让你想到钻石。对,钻石是金刚石的俗称,而金刚石是自然界最坚硬的物质。在金刚石中,各个原子之间的结合方式十分牢固,致使这种物质的质地特别坚硬。

  可是如果由组成金刚石的原子用另一种方式结合,那么它们就会形成别的物质。譬如铅笔芯,它虽然跟金刚石一样,都由碳原子组成,但是它的结合方式并不牢固,原子与原子之间的结合很容易被分开。因此当我们用铅笔写字时,它就会被擦掉晶体,然后在纸上留下划痕。

  物理学家能在实验室里制造人工晶体。在这个过程中,会产生出纯净的物质,而这种纯净物质在自然界里是根本不存在的。就像金刚石,它也往往不是纯白的,而是有一种浅黄或浅蓝色的微小瑕疵。这是由于一个本应由一个原子占着的位置一直空着,或者被一个错误的原子偷偷地溜了进去。

  但在实验室里,可以制造纯净的新物质。譬如我们将三层的某一种原子和五层的另一种原子,像一块汉堡那样摞起来。这个实验可以在计算机上或者在实际中,由非常专业的器材做完。做这个实验的实验室必须极端清洁,以避免导致污染。在我们的研究所里,甚至连空气都经过了多重的过滤。新的物质一旦造成,我们就开始测试它的各种性能:它是坚固的还是易碎的?是否导电?有磁力吗?

  就像一块块石头堆积成山那样,物理学家能够建造起原子地区。我们使这些原子地区的某些部分像碗的边圈那样坚硬和不可渗透,可以阻挡电子通过;而原子地区的另一些部分,则像碗里的布丁,松软而有弹性,可以让电子自由地移动。将这些原子地区安装在微型芯片上,就可以控制电子仪器了。你家里的许多电器可都是这样运转的。

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