在世界上最大的图书馆中,房间和书架似乎永远都在延伸。
国会图书馆的卷数为数千万。 他们每个人都提供各种故事,详细的分析,历史文献-都有自己的见解。 但是,所有数以百万计的英文书籍仅包含数万个单词,每个单词仅包含26个字母(从A到Z [
加上空格,标点和数字-大约)。 佩雷夫 ]。
同时,我们所有人都生活在各种各样惊人的材料包围之中-包括构成我们的身体以及动植物,其他生物的所有身体的多种生物结构的类型。 我们赖以生存的星球由各种各样的石头组成,其中一些坚硬易碎,一些塑料具有不同的颜色和质地。 除了水,我们还有各种形式的酒精,酸,糖和油。 烤箱准备的食物散发出我们从空中呼吸的各种风味。 需要将合成材料(包括各种塑料)添加到盐,白垩和合金中。 但重要的是要记住,材料库的巨大财富由一小部分(尽管非常多样化)分子组成,而这些分子又仅由一百个原子组成-元素从H到U到更高(从氢到铀再到更高)。
诸如英语之类的书面语言的复杂性是基于单词的,而材料的复杂性则始于分子。 以同样的方式,构建大量生物形式的指令可以在DNA(
脱氧核糖核酸)中编码,特别是在其由四个简单分子核碱基组成的三分子音节的线中。 复杂性的原因是基于简单的数学事实-少量的成分会产生各种各样的组合。 一种成分还不够。 字母“ a”只能由十个不同的单词组成,长度不能超过十个字母:“ a”,“ aa”,“ aaa”,依此类推。 但是,在26个字母中,已经可以获得26
2个两个字母的单词,即676个,和十个字母的单词-141 167 095 653 376个,这远远超出了该语言的要求。 从数百万或数十亿个潜力中选择的几万个单词就足以创建所有英语文学。 组合数量呈指数增长的相同原理允许我们的环境仅由数百个原子形成,这些原子可以由数不清的分子组成,大小从几个原子到成千上万个不等。
从单词或分子开始,您可以在两个方向上进行研究。 您可以尝试了解复杂的对象是如何通过其成分组装而成的:存在一本书或一整套书的背后是什么? 这种材料或材料类别从何而来? 或者,您可以朝不同的方向移动,确定字母和原子的来源(主要组成部分)。
本篇及后续文章的目的是回答从分子到其来源的第二个问题。 当然,研究自然界中种类繁多的材料非常有趣,其中国会图书馆的书籍数量之多。 但是,另一方面,分子和原子的起源却变成了一个不太广泛的话题。 当然,不能说这些问题的答案是简单明了的。 他揭示了原子,核物理学和粒子物理学(或高能)的许多令人惊讶和出乎意料的细节。 就像字母的来源一样,
找到这个问题的答案的
后果变得比最初想像的越来越有趣。 它导致的发现不仅限于材料的简单特性。 他带领物理学去理解光,太阳和其他恒星,地球的历史,空间和时间以及地球和太阳在其上移动的宇宙。
但是在此之前,您需要考虑另外两个问题。 我们怎么知道所有材料都是由分子组成的? 从历史上看,这个问题的答案是通过复杂的逻辑链条和各种各样的科学实验获得的。 直到最近,人们只能基于狡猾的科学分析和化学实验,不能直接猜测分子的存在,而只能说服人。 今天我们可以给出一个更直接的答案-因为今天我们可以
“看到”该分子 。 我们可以通过显微镜看到它们,尽管它们不是可以放在桌上并通过目镜观察它们的经典类型。 这些是
原子力显微镜 ,其观察方法更像阅读盲文。 但是他们执行任务。 它们使科学家能够拍摄材料的照片,详细检查其结构,从而确认先前基于材料所做的预测。 他们甚至允许
解决以前的特定分子之
谜 。 新方法允许您直接检查所有间接参数。 并不是我们对此表示怀疑,因为它们经常成功地用于预测化学反应的结果以及开发和创建新材料! 不过,很高兴知道这次讨论不是抽象的:分子确实存在,借助现代技术,我们可以直接检测到它们。
在下一篇文章中,我们将考虑原子,原子的组成以及如何由原子组成分子。