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发布时间:2021-08-03 内容来源: 爱国故事 作者:admin

原标题:如果物理技术达到了控制质子电子的水平,那化学还有存在的意义吗

从小我们就经常听到一句话“学好数理化,走遍天下都不怕!”,客家数理化的重要,而且高中时都会面临学文学理的选择,选择学习理科的话,就是需要学习物理和化学。

而物理变化和化学变化有着本质的区别,这里就不再一一叙述,那么,你们有没有想过,如果物理技术达到了控制质子中子电子的水平,那化学还有存在的意义吗?

其实化学和物理本来就是紧密相通的,电子的运动也属于化学范围,量子物理倾向于微观粒子水平的研究,化学倾向于材料本身的化学键及宏观效应研究,其本质也是物理,化学和物理不是割裂开来的,而是统一的。

世界由无数个很小的原子组成,原子的直径在百亿分之一米左右。物质中原子间隔大概在一倍到千倍原子直径之间。一滴水里面的原子数目有就有10^23个!即使是让全地球60亿人来数的话,也要几十万年才能数完!

物理学上,原子间距和相互作用的不同决定物质处于什么状态(固、液、气等)。例如原子的不同排列方式决定了物质形态,碳原子可以形成软的石墨,也可以形成硬的金刚石。化学上,原子的不同组合决定了物质之间的转化,如碳原子和氧原子组合形成二氧化碳。

如今科技水平,早已能够控制单个原子,构成量子围栏、写出“原子字体”、画出“原子地图”等。那么,我们是否能够操纵单个原子和另外单个原子组合,形成新的化合物?原理上看似不存在很大的困难,但我们必须明确的是,所谓化合物,也是具有10^23原子数目的。目前我们操控原子的水平,移动一个原子大约需要10-30 分钟,要移动10^23个原子,大家可以算算,就怕是把整个宇宙的寿命都用上,也远远不到任务的万分之一。利用最先进的分子束外延技术(原则上不是单原子操控),可以制备一个一个原子层的薄存货周转天数膜,这种薄膜厚度仅有几个或几十个原子层,距离宏观物质仍然很遥远。所以,按照目前技术,是不可能从原子尺度往上人造出宏观材料的。

那么,简单操控原子,甚至操控质子 中子和电子,然后组合不同的原子,是否就能构造出我们想要的材料来呢?当然不是!物理学中有个非常重要的特点就是层展现象。也就是说,不同尺度下的物质,出现的性质是很不一样的,最关键因素就是原子间的相互作用随着原子数量变化是很不一样的。像砌墙一样堆起来的原子,即使和宏观物质原子排列方式类似,也未必具有相同的性质,这就是介观物理学的主要研究内容。所以,即使操控质子、中子、电子等,强制构造新的原子甚至新的原子组合,我们也未必等得到想要的物性。从这个意义上来说,化学就是研究物质性质演化规律的科学,是从宏观尺度来看的,和微观上组装原子有着本质的区别。

所以控制几个和控制无数个完全是不同数量级难度的事情,粒子都有不确定性。就算你可以控制无数个,活着的和死的生物又是一个天堑鸿沟。所以控制这些微观粒子最多有利于研究,大规模的化学和生物化学很难被替代。

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