原子中子粒子這麼小,科學家們是怎麼操作並利用它們的呢?

2021-01-09 探索未來科學

這個問題裡面我覺得涉及到兩個問題,其一,生活中咱們如何利用微觀粒子,移動微觀粒子,這是技術,不是科學;其二,科學上是怎麼處理的。

一、生活中如何處理微觀粒子

1、原子、分子這樣的小東西,其實我們無時無刻都在接觸之中。我們的身體就是一個巨大的化工廠,我們把食物分解成可以吸收的糖、胺基酸等分子,然後被身體吸收。或者釋放身體儲存的糖分,讓它們氧化釋放能量,提供對生命活動的支持。這些都是在原子分子級別的化學反應。

2、在生產實踐中,大量的食品加工和化工生產,其實都是原子分子一級的操作。比如釀酒,就是把糖分解成酒精分子,這是生物化學方法;製造氧氣,是利用壓力液化空氣後,利用氧氣和氮氣的沸點不同來分離,這是物理方法。

3、現代半導體工業更是離不開對原子級別的操作,最早的PN結,就是二極體加工技術,就是利用滲透原理注入離子實現的。現在的集成電路技術,咱們就說華為的麒麟980晶片吧。7納米的工藝,這個是什麼級別呢?二氧化碳分子長度是0.1個納米多點,這個工藝意味著操作精度為不到70個二氧化碳分子的長度。

4、以上說的原子操作,大家可能還覺得不夠勁,你這操作的級別也還是不夠,沒到個位數啊。現在就說一個個位數的操作,掃描隧道顯微鏡(STM)單原子操縱術,這種技術就能實現一個原子級別的移動。

二、科學並不能移動或者利用原子

科學和技術是兩個概念。科學是指人們理解自然界各種性質、描述自然界物理化學過程的方法。而實現這些方法的叫做技術,但是技術並不是所謂科學的應用。它們之間的關係是,科學決定技術能解決問題的上限,技術決定科學最終的表達方式(實現方式)。我們今天非常重視科學,這是好事,但是我們對技術的忽視必將帶來很多的負面影響。

我舉個例子,為什麼LIGO探測器沒有在中國最先造出來?其實,這並不是我們在科學研究上的落後,相反這方面,我們不缺少科學家,但是我們缺少頂尖的技術人才。LIGO的實現,是一系列尖端技術的堆積,是人類奇思妙想的匯聚。

總結

應該說,隨著我們科學和技術的進步,人類對於微觀層面的操作手段越來越多了。第二段回答可能有些跑題,但是這是我一定要說的,所以堅持寫了出來。還望各位小夥伴能理解我的用心。

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    你有沒有想過,科學家們在實驗室裡是怎麼看到分子的?如果看不到它們,怎麼能信誓旦旦的說它們是實實在在的客觀存在呢?又怎麼研究它們,應用它們呢?這期文章我們就來討論一下這個問題。說到這個問題,你可能第一時間想到的是用顯微鏡看。慢著,顯微鏡不是生物學家用來觀察細胞的嗎,你確定可以拿來直接看分子?其實,這個答案是否定的。為什麼?
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  • 我們所知道的最小的粒子是什麼——原子?電子?還是夸克?
    這些小硬核被稱為夸克,人們發現,它是組成質子的比質子更小的粒子。夸克是我們在科學研究中遇到的最小粒子,它的發現意味著質子和中子不再是組成物質的基礎。很快,化學家們發現了同位素——化學上無法區分但原子質量不同的元素。一對同位素似乎含有相同數量的質子,但它們的總質量仍然存在差異。 盧瑟福通過提出一種新的基本粒子來解釋這一點,該粒子比質子重一些,但在電學上是中性的。1932年,詹姆斯·查德威克(James Chadwick)發現了這種中子粒子——中子,他的猜測變成了現實。
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  • 原子、質子、中子、電子等微觀粒子有壽命嗎?
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    歡迎來到「小粒子大宇宙」系列課程。這裡是中國科學院高能物理研究所,我是邢志忠。這次科學公開課,我們大家一起來學習和探討一種神秘的基本粒子,它們的名字叫做中微子。顧名思義,中微子就是電中性的微小粒子。很多同學可能從來沒有聽說過中微子,但是我相信,很多同學應該聽說過薛丁格的貓。其實中微子和薛丁格的貓有很多相同之處,它們都和量子力學有非常緊密的關係。
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