世界上最光滑的物体能有多光滑?

作者: Mirror

来源: 把科学带回家

发布日期: 2021-01-13

文章探讨了世界上最光滑的物体及其光滑度的极限,从人造材料如原子反射镜和石墨烯,到自然界中的中子星和可能存在的夸克星,展示了科学家和物理学家在追求极致光滑度方面的努力和成果。

世界上最光滑的物体有多光滑?说到“光滑”,大家脑海里会浮现出丝绸、玻璃、冰面、美少女的皮肤……它们都有个共同特点,那就是表面非常平整。但即使是这些光滑表面,放在电子显微镜的“火眼”下,也是坑坑洼洼。构成物质的基本粒子是分子和原子,要达到极致平整,就不能让任何一颗粒子凸起或下凹。科学家已经在向这一目标靠近。

为了改进显微镜,物理学家打造出了能够反射原子的“镜子”——原子反射镜(atomic mirror)。它由仅50微米厚的硅晶体制成,表面覆盖着1~2纳米厚的铅层。整个表面起伏不超过100纳米。曾获诺奖的石墨烯更是只有单层碳原子结构,这意味着它的表面起伏只会在原子层面。电子显微镜下的石墨烯薄片 | 图源:维基百科上面这些人造材料的光滑度还仅限于原子级别,还能更极致吗?

那只能找到比原子更小的微粒构成的物体。浩瀚宇宙中确实有这样的存在——中子星。中子星的艺术想象图 | 图源:Wikipedia原子虽小,也是个“小宇宙”,中心是个极小的原子核,原子核又可拆分为质子和中子,而构成中子星的基本粒子正是中子,可以想象,它的致密程度将远超原子构成的物体。然而,没有最小,只有更小。中子还可以解离成夸克,一些科学家猜想宇宙中还存在着夸克星,它将比中子星更加致密。还觉得不够极致?

恐怕只有这个能满足你了:《三体》水滴想象图 | 图源:王壬

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