Помоги проекту - поделись книгой:
А солнца белый луч отнюдь не белый:
Как Радуга, раскрашен белый свет,
И каждый Элемент решает смело,
Как выбрать лишь ему присущий цвет,
На все другие наложив запрет.
Хлориду Калия е-минус дарит синий,
Малиновым сверкает Хром в Рубине,
И Сочетанье из Спектральных линий
Определяет дальний свет Планет.
Ферромагнитных свойств ясна причина –
Непарный Электрон в них виноват:
Все Атомы по направленью Спина,
Глядящего вперед или назад,
Построены, как войско на парад.
Во Внешнем Поле, разрушая Стены,
Сливаются соседние Домены.
Так создает Гармонию Вселенной
Ничтожных Сил суммарный результат
ДЖОН АПДАЙК
(1932 - 2009)
Неудивительно, что Джон Апдайк был потрясен открывшимся перед ним миром и даже выразил свое восхищение в торжественной — хотя, по-моему, и не очень связной — оде. Строение твердого тела, симметрия кристаллов, электронные свойства металлов и полупроводников, устройство макромолекул полны внешней сложности, даже причудливости. И это — при внутренней простоте положенных в их основу принципов.
Ученый не может позволить себе, подобно художнику, свести этот мир воедино в беглом очерке на одной-цвух страничках. Охватить мир в целом, на одном дыхании, не расчленяя, может только искусство. Наука же склонна лишь схематизировать, анализировать и четко разделять.
Поэтому я попытаюсь только объяснить некоторые, нуждающиеся в комментариях строки оды, не претендуя на стройное изложение основ физики и химии твердого тела или на вскрытне связей между различными их разделами.
"Все знают: мир из Атомов построен...» Ограничим комментарий цитатой из «Лекций по физике> Р. Фейнмана: «Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные знания оказались бы утерянными и к грядущим поколениям перешла бы только одиа фраза, то какое утверждение принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это атомная гипотеза: все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на расстоянии, но отталкиваются, если одно из ннх плотнее прижать к другому».
«...Лавуазье покончил с Флогистоном...» Напомним, что история величия и падения флогистона (теплорода) изложена в школьном курсе химии.
«...Четверки собирая для Кадрили...» Поэтическое по форме сообщение о том, что углерод и кремний четырехвалентны (например,
Н
|
Н —С—Н).
|
Н
«...Металл — всех недр земных владыка...» Всех? Вряд ли... Ядро земли, действительно, обладает многими металлическими свойствами, но состоит ли оно из металлов, пока неизвестно. Скорее всего — нет.
«...Словно Облако, бесплотно, вдоль Поля устремляется охотно...» Несмотря на плотную упаковку атомов в кристаллической решетке, электроны не испытывают сопротивления своему движению, пока решетка идеально правильная. Понять это можно, если принять во внимание квантовость электронов, которые обладают также и волновыми свойствами. Волна свободно проходит там, где тело испытывает препятствие своему движению. Так, например, звук свободно проникает сквозь стены...
«...Ионной связью Кислород связал с такой судьбой смирившийся Металл...» На внешней орбите атома кислорода не хватает двух электронов, а у металлов всегда имеются лишние электроны. Поэтому кислород отбирает свободные электроны у металла, и в результате — «Свободных Электронов нет в помине» ни у того, ни у другого. Потому-то соединения типа Аl2О3 и не проводят ток.
«...Но Физик его Хаосом назвал...» Стекло представляет собой аморфное тело. т. е. соединения атомов расположены в нем беспорядочно, но вследствие громадной вязкости стекла в течение долгого времени практически остаются неподвижными. Увы, со временем стекло кристаллизуется, т. е. упорядочивается, но при этом оно теряет свои ценные. свойства — расстекловывается. На этом примере становится ясно, что стремление к порядку не должно переходить разумных пределов.
«Нас в царство Жизии вводят Полимеры...» ДНК или белок присутствуют иа бале твердых тел лишь постольку, поскольку Эрэин Шредингер (читайте «Что такое жизнь с точки зрения физики?» ИЛ, Москва, 1947) причислил их к апериодическим кристаллам.
«...Кость создать из Коллагена...» Лирическая неточность, внесеннач переводчиком. А где известь?
«3 NkT звучит, конечно, четко» и т. д. Классическая физика дает для энергии кристаллической решетки формулу Е = 3 NkT. которая четко звучит для того, кто знает, что N — число атомов, к — постоянная Больцмана, а Т — температура. Но реальная зависимость энергии решетки от температуры — совершенно иная. Дебай создал удовлетворительную квантовую теорию твердого тела на основе представления о фоно-нах — звуковых волнах в кристалле.
«Свободный Электрон нам обещает раскрыть секреты свойств Проводника...» и т. д. Те электроны з металлах, которые плохо держатся на атомных орбитах, становятся общими, принадлежащими всему кристаллу («свободными» их назвали в насмешку). В решетке германия свободные электрбны появляются при добавлении мышьяка и обеспечивают высокую проводимость.
«...Как «Допинг» Ферми-уровни меняет...» Значения, которые может приобрести энергия электронов в кристалле, называются уровнями Ферми. Эти значения зависят от различных факторов: от облучения, от инжекцин электронов и т. д.
«Там Атомы кочуют на свободе: их никакая сила не смогла затиснуть в три Магических Числа». Атомы в своих клетках (в решетке) располагаются не в абсолютном порядке, а слегка отклоняясь от точной повторяемости структуры. Поэтому предсказать координаты атома в пространстве (три магических числа х, у и г) можно лишь с небольшой, относительно межатомных расстояний, точностью.
«Там Электроны с Дырками попарно...» и т. д. «Дырка» — официальное обозначение отсутствия электрона там, где он должен быть в кристалле. «Наличие отсутствия» электрона может реально сказаться на проводимости и других свойствах.
«...И каждый Элемент решает смело» и т. д. Законы квантовой механики решительно определяют спектральный состав излучения каждого сорта атомов (т. е. каждого элемента). Элементу остается лишь «смело» с этим примириться.
«...Непарный Электрой в иих виноват». Когда у атома имеется нечетное число электронов на орбите, магнитный момент этих электронов (спин) существенно влияет на магнитный момент всего атома и при определенных условиях может вызвать ферромагнетизм, т. е. коллективное упорядочение атомов по направлению магнитных моментов. Такое коллективное упорядочение по конъюнктурным соображениям (при этом получается выгода в энергии) обычно распределяется не на все тело, а лишь на небольшие его участки — домены. Магнитные моменты доменов направлены противоположно друг другу. Однако стоит только включить внешнее магнитное поле, как все домены «поворачиваются» в одном направлении, при этом границы (стены) между доменами сглаживаются.
«Так создает Гармонию Вселенной ничтожных Сил суммарный результат». Этот финальный вывод был уже сделан Л. Н. Толстым в «Войне и мире», хотя велнкий писатель, как известно, естественных наук не любил: «Движение народов производит не власть, не умственная деятельность, но ...деятельность всех людей, принимающих участие в событии... Придя к бесконечно малому, математика оставит процесс дробления и приступит к новому процессу суммования бесконечно малых».
Поделиться книгой: