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有时候,世界就是这么奇妙。
科学家做实验,本来是想验证一个分子如何排列,结果发现,根本没有按照他们预想的方式来。
更离谱的是,每次实验结果都不一样,每次都是全新的、不重复的图案。
一开始,科学家以为他们搞砸了,以为实验哪里出了问题。
然后,他们发现——这不是错误,而是大自然自己在创造一个全新的数学规则。
一个挑战人类认知的规则。
01想象一下,你拿着一堆小瓷砖,想要铺满一张桌子。最常见的办法,就是用正方形、三角形、六边形,一块一块铺上去,整齐划一,没有空隙,没有错位。
但现在,科学家们发现,这些分子在“铺地板”的时候,竟然死活对不齐,总是产生错位和空隙。
这不合理。
分子是有规律的,它们应该按照最低能量的方式排列,这样才能最稳定。可是,现在这些分子仿佛“自带个性”,你让它们整整齐齐地排队,它们非要给你“乱中有序”地搞出一个不重复的图案。
这就是谜团的开始。
科学家意识到,他们不是搞砸了,而是撞上了一个全新的物理现象。
02如果你对数学稍有了解,可能听说过一个古老的难题——“爱因斯坦铺砖问题”(不是爱因斯坦本人研究的)。
问题很简单:有没有一种单一的几何形状,能无限铺满整个平面,而不形成任何重复的图案?
这个问题折磨了数学家几十年,直到2022年,英国数学爱好者David Smith找到了答案——他设计出一种叫“爱因斯坦帽子”(Einstein Hat)的形状,终于实现了无限不重复的铺砖。
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数学家解决了问题。
但谁也没想到,这个数学游戏,竟然在化学实验室里真实上演了。
科学家们发现,这些分子就像是“爱因斯坦帽子”一样,构成了一个真正的“分子拼图”,每次实验都能生成新的、不重复的图案。
化学,撞上了数学。
而且,这不是人为设计的,这是分子自己干的。
03为什么这些分子会这样排列?
科学家发现,原因在于一个神秘的概念:手性(Chirality)。
简单来说,手性就像是人的左右手——它们的形状一模一样,但你永远无法把左手变成右手。
这次实验中的分子,恰好是可以随意切换左右手的那种。
在常规情况下,我们以为分子会按照某种“井然有序”的方式排列,比如左手和右手交替,或者干脆全是左手、全是右手,来构成整齐的结构。
但现实是——它们不听话。
它们既不完全交替,也不完全整齐,而是选择了一种“乱中有序”的方式,形成了一个完全不重复的图案。
如果你让它们再试一次,它们还会重新排列,给你一个全新的、不重复的图案。
每次都不一样。
这就好比你让一群小孩站队,他们每次都会以不同的方式排成一个队伍,但你永远找不到两次一模一样的排列方式。
科学家傻眼了。
04更离谱的是,这种无序排列,并不是混乱的,而是能量最优化的结果。
什么意思?
分子排列时,最希望的就是让自己“舒服”一点,让自己处于最低能量状态,就像人冬天喜欢裹着厚被子,夏天喜欢开空调。
但这次,分子选择的“舒服方式”,竟然是这种无规律的、永远不会重复的排列。
为什么?
科学家发现,这种“错位”,反而让分子在最大程度上填充了表面,让排列更加密集,从而达到最节能的状态。
也就是说,大自然自己在选择最优解,而最优解就是“无序”!
“完美排列”反而是次优解!
这就像是数学中的“熵”(Entropy)概念:
在一个系统中,看似杂乱无章的排列,可能才是最符合自然规律的状态。
05科学家们意识到,这个发现,可能不仅仅是一个数学游戏。
这种“分子无序排列”的现象,可能会影响电子的行为,甚至可能改变我们对量子物理的认知。
想象一下,未来的电子设备,不再是基于完美对称的材料,而是基于这种“无序但稳定”的排列方式,让电子在其中流动的方式变得前所未有的高效。
更进一步,我们甚至可以设想,这种材料会不会影响超导?会不会影响未来的纳米计算机?
一个全新的物理学领域,可能正在被打开。
06从头到尾,这个故事最神奇的地方,就是它的开头——
科学家以为搞砸了。他们原本以为只是一次普通的分子排列实验,谁也没想到,竟然撞上了数学界的一个古老难题,揭示了一个前所未见的物理现象。
回头看看,历史上的伟大发现,往往都是这样来的。
牛顿看到苹果掉下来,发现了万有引力。
弗莱明发现培养皿长霉了,结果发明了青霉素。
居里夫妇研究“奇怪的荧光现象”,结果发现了放射性。
这次,科学家们以为自己搞砸了,却无意间揭示了分子世界隐藏的数学秘密。
或许,这正是科学最迷人的地方——真正的突破,往往源自意想不到的方向。
这一次,分子自己选择了告诉我们一个秘密。
习惯一个人
陀螺仪在当今社会应用很广,陀螺仪其中一个基本特性:定轴性,当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变,即指向一个固定的方向;同时反抗任何改变转子轴向的力量。这种物理现象称为陀螺仪的定轴性或稳定性。其实以上的基本特性描述是不严谨的,以上的基本特性描述是只有在转子轴向在大于0度小于90度范围内才可以成立的,在大于等于90度小于180度范围内是不成立的,在夹角等于90度时反抗任何改变转子轴向的力量大小和方向无法确定(有点像薛定谔的猫),当夹角稍微大于90度时反抗任何改变转子轴向的力量大小和方向确定,不在是保持陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变,而是指向一个固定的相反方向,明显可以重复观察到,网上有卖金属倒立自动翻转陀螺可供参考,是最典型的实践证据。自动翻转陀螺在翻转的同时重心增高,势能变大,传统物理学理论无解。 陀螺仪的定轴性,在反抗任何改变转子轴向过程中如果不存在重力以外的外力,定轴性表现是和轴向角动量守恒是冲突的,和牛顿第二定律是冲突的。研究结果可以理论个实验重新定义 时间 和 空间。
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作用(付出)与反作用(回报),做好(强)自己。物理说实验、文献报告, 天地人都是变化不均匀的电磁场,只是大小而异。 万有力与电磁力的统一是:物体(粒子、星球)之间不但有引力还有斥力,二者相互依存、相互转换,都是电磁力,质量也跟随变化。中子、原子是带电的,物体是带电的。物体内外都有变化的电参数,还有变化的机械参数。能解释太多的现象,包括人类社会现象。宇宙、地球、动植物是个大化工厂。 黑洞是一台非常大的水泵(风机) 真空有电流 时间是事物变化过程! 光内外同样有引斥力及转作用 有作用力就有反作用力,是基本平衡的,多善出少入积德。宇宙有平衡法则 从黑洞到量子,再到人都会纠缠,光子内外也有引斥力。