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什么都能“纳”的新时代

已有 6902 次阅读 2008-7-31 20:39 |个人分类:杂文|系统分类:科普集锦

放荡不羁的地球人似乎已不记得远古的石器摇篮,也早已把游牧和农耕社会的苦难丢于脑后,正拖着后工业和生意人的尾巴,趾高气扬地奔进了迷人的21世纪,吵着要告别老掉牙的数学、物理、化学和电子等上世纪的传统时代,被无数文人墨客、学界巨匠和精英们领进了数不清耀眼的新时代:网络时代,数字时代,量子时代,黑洞时代,新经济时代,超女时代,外星人时代,大爆炸时代,泡沫时代,还有就是什么都能“纳”的纳米时代!

老楼里积满灰尘的教科书和过去老师们在教学生,研究分子、原子和电子等微观世界及其规律用的长度单位是“埃”,是大写的A上面挂一个小圈。最简单氢原子的直径约1埃,构成自然界中大多数固态物质的最小原子间距约几个埃,人眼能感知光的波长约在47千埃范围。在漫长世纪的科学研究和应用中,并不觉得“埃”的尺寸妨碍了谁,有什么不便,还未来得及遇有一个“埃”时代或“埃”的新领域到来,可怜的“埃”媳妇就被凶巴巴的“纳”富婆逐出了人世间。

“纳米”的单位要比“埃”大10倍,许多不能被“埃”的物质和结构同样也是不能被“纳”的,如构成自然界丰富物质的最基本元素不能“纳”,原子的大小不能“纳”,相同或不同原子间的键长和强度“纳”不出来,缘于原子和电子态的天然属性,各种晶体材料的晶格常数更不能被随便“纳”和改变,而有可能被昂贵“纳米”技术有序改变的是更大尺度范围的结构,实际已包含了成千上万个互相作用的原子和电子。

因此,要理解宏观物质的特性,先要明白底层的最简单结构,如围绕原子核转的那最外几层的电子态,再搞清楚不同原子在几个“埃”原胞中的位置和彼此间距离,才有可能计算宏观特性,并与实验比较。即使如此,也不能包有满意的结果,因为每立方微米物质有百亿、千亿带电粒子在彼此起作用,人类的智慧还很有限,不作近似处理将一筹莫展。对于较简单的单、双元素物质,如锗、硅、砷化镓等半导体材料,还能找到理论与实验的吻合,如原胞中含有更多种元素,尤其如卷入复杂轨道电子的过渡和稀土等元素,就不易获有信服的结果,理论与实验之间常要“打架”,争执不休。

许多材料的电子和晶态结构已很清楚,尚且存在如此多让人焦头烂额的问题,而对于那些微观电子态等基本物理特性都未理清的“纳米”体,要预言其宏观特性和应用将很困难。这是横在“凝聚态”庙门人心头的一道槛,很难绕得过去,即不知道物质的底层特性和细节,将寸步难行。

“纳米”领域是另一番景象,这是各方“和尚”都能来念经的地方,有打洞的、纺线的、磨粉的、化缘的,还有做媒下蛋的,好不热闹,好看极了,可以完全不理会“埃”前辈那些恼人的机理,只须在“纳米”的锅里和碗里,掺进些作料,几轮翻炒,端上桌来,就有人要?

从前说的是丑媳妇熬成婆,现代版的“纳”富婆赶走了“埃”媳妇,背了偌大个“纳米”口袋,竟能从世界纳税人身上“纳”到这么多的钱和超级项目。好多年过去了,究竟“纳”出了哪几样值钱的宝贝呢?

面对纳税人的苦笑,“纳米”人在那个无所不包的大口袋里磨蹭蹭摸索了一阵,好不容易摸出一大把黑糊糊的东西,送上来一看,有纳米粉、纳米孔、纳米洞、纳米点、纳米针、纳米管、纳米线、纳米面、纳米纤维、纳米基因、纳米蛋,还有数不清“纳”什么的,说是现在没用以后会有用的,妩而羞答答又摸出了几粒“纳米奖”。

在充满泡沫的“大爆炸”时代,一点也没有责怪“纳”富婆有多难看的意思,不过是在唠叨,当各路“和尚”正兴致勃勃在富家烹调出五味杂色的“纳米”美餐时,要多想一层“埃”媳妇留下的遗产,埋于脚底下的毕竟是“埃”尺度的结构和相互作用决定了复杂物质世界的面孔和性质。

 



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