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原子弹爆炸的秘密产物:一种罕见的准晶

科学探索万象经验2023-11-21

1945年7月16日,美国在新墨西哥州进行了一次名为“三位一体”的核试验,引爆了一枚由钚制成的核弹。这次爆炸释放了相当于21万吨TNT的能量,足以将30米高的试验塔和周围数英里的铜线蒸发。爆炸产生了一个巨大的火球,将周围的沙子卷入其中,然后以熔融的碎片和液滴的形式落下,形成了一种玻璃状的物质,被称为“三位一体石”。

三位一体石的颜色有两种,一种是绿色的,另一种是红色的。绿色的三位一体石是由沙子熔化而成的,而红色的三位一体石则含有大量的铜,是由铜线熔化而成的。红色的三位一体石比绿色的三位一体石更稀有,也更有趣,因为它里面隐藏着一个惊人的秘密:一种新的准晶。

准晶是一种非常罕见的物质,它的原子排列有序但不重复,违反了晶体的规则。晶体的原子排列是周期性的,也就是说,如果你沿着任何方向移动一定的距离,你会看到相同的原子排列。准晶的原子排列则不是周期性的,你不会看到相同的原子排列重复出现。

但是,准晶的原子排列并不是完全随机的,它们遵循着一种隐藏的对称性,通常是五重对称性或十重对称性,这在晶体中是不可能出现的。准晶的结构类似于一些数学上的图案,比如彭罗斯镶嵌或菲波那契数列,它们具有一种叫做拟周期性的性质,也就是说,它们在局部看起来像是周期性的,但在整体上却不是。