大家好，歡迎關注我的百家號阿春的環球地理精選，今天給大家介紹的是晶體和原子的世界結構。
我們的眼睛看到的世界是有限的,無論我們的目光多麼銳利,我們能夠看見的小東西都有一定的限度。超過我們的眼睛限度的小東西,我們是無法用肉眼看見的。我們周圍的東西,例如:山峰、森林、人們、野獸、房屋、石頭、晶體等,我們都可以用眼睛看見。不過,這些東西是如何構成的,一個個小小的細胞是怎樣組成活物質的,化學元素是怎樣組成整個自然界的,這些我們的眼睛都無法看到。
我們發揮一下自己的想像力,去幻想這樣的一件事:我們的眼睛能夠把看見的東西放大幾百億倍,但我們本身的大小不會發生變化,類似於《格列佛遊記》中的主人公,那時候,我們周圍的山峰、海洋、城市、樹木、石頭、田野等都不見了,我們將會進入到另一個奇特的世界中。大家有沒有見過這樣的雲杉林,那裡的雲杉按照一定的規律裁剪:一棵棵的大樹排成整整齊齊的行和列,站在兩行的中間往遠處望去,可以看見很遠的地方。在上圖中,如果你站在中間的坐標軸上,朝前後左右四個方向望去,看見的都是一行行的大樹。
如果你後退一步,來到兩條斜線的交叉點上,你會看見其他方向上的樹木;在你的眼中,整片樹林像是一些網格。我們的眼睛把看見的東西放大幾十億倍後,我們就會見到類似於雲杉樹林那樣的情況。那時,世界上就沒有物體了,到處是整整齊齊的、無窮無盡的網格,就像上面的圖中所顯示的那樣。這時,我們見到的不僅是在平面上無限延伸的網格(像是杉樹林),還有上下方向上不斷延伸的網格。這時候,網格的交叉點上不是樹木,而是一個個的球體,這些球體就像是懸在半空中,它們之間的距離是幾十釐米或者幾米,整整齊齊地排列著。
圖書館、講堂、俱樂部等建築物的大廳中的燈泡,有時候就排列成這個樣子。我們坐在這樣的大廳中,就像是置身於美麗的森林。如果我們在這樣的大廳中,偶爾看見一粒食鹽或者一小撮食鹽,我們就會見到許多筆直排列的行和列,就像圖中顯示的那樣。如果我們能夠見到石灰石、鐵塊、銅塊的小顆粒,我們就會看見更加複雜、美麗的格子結構。世界上的物質千千萬萬,每一種物質都有自己獨特的結構,懸在半空中的球就是這些物質的結構圖。在這個神秘的世界中,我們只能見到這些小圓球。
在這個世界中,我們平常見到的東西都會增大無數倍,我們手指的直徑會非常長,大約等於從列寧格勒到烏拉爾的距離。一根火柴的直徑是325千米,類似於從莫斯科到博洛戈耶的距離。在這個新奇的世界中,除了無窮無盡的網格,再也見不到其他的東西。這裡到處是懸在半空中的小圓球,這些小圓球就是組成物質的基本結構。我們把這幅圖向大家解釋一下:小圓球按照幾何學上的規律來排列成網格這種排列方法構成的不是其他的物質,而是我們所熟悉的晶體。在自然界中,大部分的物質是由這樣的晶體構成的,只有極少數的物質的點是雜亂無章的。
我們在結晶皿中沉澱成的晶體,或者在山裡發現的晶體,都是由那些有規律的網格組成的。我們已經研究清楚了這個世界中的網格,還應該仔細地觀察一下這個世界。如果要還有觀察更細微的地方,我們的視力還要擴大一千倍。這時,我們所看見的兩個小圓球之間的距離不再是幾米,而是幾千米,那些網格已經不見了。現在,小圓球不再是一個個的小點,而是一個複雜的完整結構。在我們的周圍,有許多小的物體在圍繞著中心的核運動,在特定的軌道上旋轉。現在,我們要學學《格列佛遊記》中的主人公,到這個新世界的內部去參觀一下。
我們研究後發現,這些小物體在某種力的控制下運動,當它們從一個軌道穿越到另一個軌道時,會發出亮光。這個世界類似於太陽系,太陽是中心,無數的行星圍繞著它旋轉。在我們的世界中,最常見到的城市、房屋、石頭、動物、植物等物體,現在我們已經把這些都忘了。剛才見到的排列得整整齊齊的網格,也被我們拋諸腦後了。現在,我們正待在原子的內部,周圍是正在旋轉的無數的電子。我們還能做些什麼呢?我們的視力能不能再擴大一些,到另一個新的世界中去呢?這應該是可以的,不過,那個世界是什麼樣子的呢?到目前為止,我們的了解還非常有限。
如果想要看到那個新奇的世界,我們的視力還要擴大幾萬倍,那時我們就會來到更小的世界中,那就是原子核的世界。在這裡,存在質子和中子兩種物質,它們的質量差不多,但中子的體積大一些。我們的世界是由無數的原子組成的。在這個美麗的世界中,像小圓球一樣的原子按照一定的幾何規律,排列在廣闊的空間中,組成了十分協調的結構。各種晶體及其嚴格的規律,統治著我們周圍的自然界。有些晶體比較大,那是非常緻密的物質,在這樣的物質中,不管是原子的數目,還是原子組成的網格,都是非常龐大的,如果要用數值把這個數目表示出來,數字1的後面至少有35個0。
有一些物質,我們的肉眼無法看出它們的結構是有規則的,還有一些物質,幾百個或者幾千個原子組成了它們的小顆粒,例如,煙囪中的菸灰,金子的水溶液等。我們周圍的世界是由各種各樣的原子構成的,有些原子的結構比較複雜,有些原子的結構比較簡單。現在,我們已經發現了100多種原子。在所有已知的原子中,氫原子的結構最簡單,體積也最小,而鈾原子的質量最重,它們的結構有著巨大的區別。
立方釐米的任何物質中,原子的數目都是數不清的,雖然如此,科學家還是研究了原子,了解了自然界中的原子的秘密。在探索原子的秘密上,物理學家和結晶學家付出了巨大的努力,最終獲得了成功。《格列佛遊記》是一個美好的童話,現在科學家已經把這個童話變成了事實。