[中配]探索20種奇異物質，顛覆你的認知

從會沿着牆壁爬的液體 到在你手中融化的金屬 這個世界充滿了 無視現實規則的物質 今天 我將爲大家倒數世界上 20種最奇特的物質 從第20種開始 這種液體像磁鐵一樣工作 鐵磁流體 看起來像科幻電影中的東西 這是一種看起來像活物的 黑色液體 它形成尖銳的尖鋒 並會對磁鐵做出反應 但它完全真實 呈現出巧妙的材料科學成果 鐵磁流體是通過將直徑約10納米的 細小氧化鐵顆粒 懸浮在油或水等載液中製成的 這些顆粒表面塗有表面活性劑 以防止它們彼此聚集 當暴露在磁場中時 顆粒會沿着磁場線排列 形成這種看似在移動和呼吸的 尖刺圖案 它是在1963年 由NASA工程師 史蒂夫·帕佩爾發明的 它試圖開發一種可以在零重力下 使用磁鐵進行控制的液體燃料 雖然它從未被應用於火箭系統 但這種材料在完全不同的領域 找到了用途 今天它被用於硬盤中 以減緩振動和密封活動部件 在揚聲器中以減少摩擦和提高音質 甚至在藝術裝置和時尚中也有應用 科學家們正在繼續研究鐵磁流體 以用於定向藥物輸送 電子設備冷卻等先進應用 這將是非常有益的 還有自適應光學 在醫學領域 研究人員正在探索利用這些磁場 引導鐵磁流體通過血液循環 直接將藥物送達腫瘤的可能性 然而這仍然處於實驗階段 需要克服毒性和生物相容性等挑戰 但在視覺上 它們仍然是最迷人的物質之一 在磁鐵下 它看起來幾乎是有生命的 形成這些分形的高峯和低谷 時時變化 儘管它簡單 卻以挑戰我們直覺的方式表現出來 第十九種 地球上最輕的固體 氣凝膠常被稱爲冷凍煙霧 因爲它確實看起來 像一團可以握在手裏的水汽 它是一種超輕固體 通過用氣體替代凝膠的液體成分 而不破壞凝膠的結構 其結果是一種體積中 高達99.8%空氣的材料 卻足夠堅固可以放在手掌中 這一製作過程 是由塞米爾·基斯特於1931年發明的 他打賭自己能在 不讓膠體收縮的情況下 替換掉膠內的液體 他採用了一種叫做 超臨界乾燥的過程 通過在高溫高壓下去除液體 從而避免表面張力 導致硅膠網絡塌陷 剩下的是一種幽靈般的 多孔結構輕巧無比 但在其密度下卻意外穩固 一種典型的硅膠氣凝膠每立方厘米 僅重約0.003克 這比泡沫塑料輕15倍 但它能夠承受多倍於自身的重量 它還是一種出色的絕緣材料 它能夠承受一側直接接觸火焰 而另一側卻保持足夠涼爽一供觸摸 NASA在火星探測器和星辰任務中 使用了氣凝膠 它捕獲了以極高速飛行的微小彗星顆粒 儘管外觀嬌弱 但氣凝膠並不是在所有形式下都脆弱 正在開發基於柔性聚合物的版本 用於服裝和航天器絕緣 但它最奇特的特性之一 是如何扭曲光線 由於其低密度 氣凝膠以一種彎曲和散射光線的方式 使其看起來半透明 幾乎不真實 但它是真實存在的 是迄今爲止最有效的熱絕緣材料之一 從NASA實驗室到建築保溫 氣凝膠是地球上最非凡 且真正奇異的物質之一 幾乎無重 幾乎不可見 卻能夠抵禦火焰和嚴寒 第十八種是有史以來最黑暗的材料 它黑得如此徹底 當光線照射到上面時 幾乎沒有光會反彈回來 它可以吸收多達99.965%的可見光 使塗附在其上的物體 看起來像是一個黑色的無底洞 就像是空間本身被傾倒在表面上一樣 它是由英國薩里納米系統公司 於2014年開發的 Vantablack的名字 代表垂直排列的納米管陣列 它由數百萬個微小的碳納米管構成 每個碳納米管的直徑 約爲人類頭髮的3500分之1 在表面上生長得如此密集 以至於進入結構的光被困住 反覆被吸收 而不是反射 與油漆不同 Vantablack並不是通過刷塗 或噴塗的方式塗上去的 它是通過一種叫做 化學氣箱沉積的過程製造的 在高溫槍式中 碳納米管會直接從基底生長 每根納米管就像一根微觀的吸管 捕捉進入的光線 並在內部反射 幾乎沒有光線能逃逸出去 這就是它顯得詭異無底的原因 物體會失去形狀 看起來完全平坦 即使它沒有曲線或紋理 最初它是爲了航天 和國防應用而開發的 旨在減少望遠鏡內部的雜散光 並提升光學儀器的性能 它還用於紅外攝像頭 和某些衛星傳感器 光吸收在其中至關重要 然而這也在藝術界引發了爭議 2016年 英國藝術家阿尼什·卡普爾 要求對其在藝術創作中使用的獨佔權 這引發了其他藝術家的公衆反對 他們認爲 沒有人應該擁有一種 顏色或材料的所有權 這激勵其他人研發競爭性的超黑材料 有些比如馬生理工學院 2019年的版本甚至更黑 能夠吸收多達99.99%的光線 儘管萬特巴具有令人印象深刻的黑暗 但它也有侷限性 這並不適用於所有表面 並且可能會因物理接觸而受損 這種材料確實需要特定條件 才能安全使用 儘管如此 它仍然是迄今爲止 最具科學意義的人工物質之一 一種近乎完美的吸收體 體現了絕對黑暗的概念 液體像固體一樣 乍一看 非牛頓流體看起來很普通 像水或油漆 但在壓力下 它的表現卻完全出乎意料 輕輕推它 它就像液體一樣流動 用力一擊 它立刻變得堅固 這些奇異的材料 違背了愛薩克牛頓經典的年度定義 即流體的流動阻力 無論施加的力量如何 都保持不變 一個經典的例子是 玉米澱粉和水的混合物 通常被稱爲奧布勒克 當你慢慢把手伸進去時 它會輕易地讓開 但如果你用力打它 它會抵抗 感覺像橡膠一樣堅固 這種行爲 源於固體顆粒在液體中的懸浮 在突發衝擊下 顆粒會相互擠壓 增加粘度 並形成一個臨時的固體網絡 一旦去除壓力 結構會崩潰 混合物會再次流動 現在非牛頓行爲 並不僅僅侷限於廚房實驗 許多日常物質 如番茄醬 牙膏和油漆 具有類似的效果 例如番茄醬 在搖動或擠壓時 粘度會降低 所以你拍打瓶子後 它纔會最終倒出來 工程師以一些令人驚訝的方式 利用這樣的特性 非牛頓流體 被應用於防彈衣 運動裝備 甚至是保護塗層 像D3O這樣的材料 是一種基於聚合物的 非牛頓化合物 在正常運動中保持靈活 但在受到衝擊時 會瞬間硬化 從而幫助吸收衝擊 但真正讓他們奇怪的是 他們的不可預測性 他們並不總是遵循 液體和固體的簡單規則 相反 他們在兩者之間 存在一種灰色地帶 他們根據硬力 速度和壓力 在不同狀態之間 轉換的能力 揭示了看似普通的材料 物理學的複雜性 失亮 在你手中融化的金屬泥 是一種非常奇特的金屬 在室溫下 它看起來是固體 且呈銀色 類似於鋁 但是如果你把它撿起來 它會很快在你手中融化 那是因爲度的熔點 僅爲29.7攝氏度 那大約是85.5華氏度 它略低於平均人體溫度 經過一兩分鐘後 它會變成一種 可以像汞一樣 到處的銀色液體 不過與汞不同 這無毒處理起來安全得多 其於1875年首次被分離 其發現幫助驗證了 德米特里·門傑列夫的 週期表的預測能力 門傑列夫曾推測 存在一種性質 介於鋁和錠之間的元素 他稱之爲E7a鋁 而著完美地符合了這些預測 現在錫的物理特性 使它變得具有價值 它可以溼潤並粘附在 玻璃 陶瓷和金屬上 這使得它在鏡子和光學設備中 非常有用 與其他金屬合金石 氫可以形成在室溫以下 仍保持液態的化合物 這在冷卻系統和專業溫度計中 很有用 深化質和氮化體 是半導體驅動高頻晶體管LED 甚至一些最先進的雷達系統 和智能手機芯片 它在固化時會膨脹 這在金屬中是很少見的 這意味着如果你將它 冷凍在容器內 它會影響到容器的牆壁 科學家們在研究中使用它 以模擬液態拱而無毒性 並探索低溫下的金屬鍵盒 看着它在你手中融化 感覺有些超現實 就像科幻小說變成了現實 它完全真實 是一種能夠輕鬆 調節固體和液體之間的元素 在一個金屬堅硬的世界裏 清閒地獨樹一幟 這是一種在碰觸時 拒絕保持固態的金屬 歷史上最滑的物質 特弗龍或巨瑟弗以西 滑得幾乎沒有任何東西 能沾附其上 連壁虎或一小塊膠帶 它是一種完全由碳 和氟原子組成的合成聚合物 形成了已知的最強化學鍵之一 這種結構賦予它卓越的不粘 耐熱和耐化學腐蝕的特性 它是由化學家羅伊·普朗克特 和杜邦公司於1938年意外發明的 特弗龍最初是在它打開一個 伺服以西氣罐時發現的 罐內出現了一種白色蠟狀固體 結果發現氣體以自發聚合 形成了一種全新的材料 分子結構是其奇特性所在的關鍵 鏈中的每個碳原子都被氟原子包圍 氟原子幾乎可以使其 免受任何化學反應的影響 結構是一個極其惰性的表面 甚至連昆蟲或細菌 都無法附着在上面 它不反映不導電 能夠承受約500華氏度的溫度 那是260攝氏度 雖然大多數人知道 特弗龍是用於不粘吹矩 但它的用途遠不止於廚房 它在航空航天電線 醫療植入物 密封件和必須抵禦 極端環境的電圈中的應用 NSA使用PTFE塗層 來保護航天器部件 免受輻射和化學降解 在化學行業中 管道和容器通常用特弗龍襯理 以防止強反應酸的腐蝕 從摩擦的角度來看 特弗龍的摩擦係數 是已知固體中最低的之一 約爲0.04 這意味着它比冰更光滑 是現存最佳的潤滑劑之一 它同時排斥水和油的能力 使其成爲無數技術的基石 然而特弗龍的生產歷史 引發了環境擔憂 幾十年來 一種用於生產的化合物 PFOA已經污染了水源 並與健康風險有關 現代PTFE的生產 以大部分淘汰PFOA 但這場爭議提醒我們 即便是革命性的材料 也可能有意想不到的後果 從各個角度來看 它都是光滑科學的終極範例 第十四種 可以在上面跑的液體 烏布雷克 我們之前提到過這個 這只是玉米澱粉和水的簡單混合物 但它的表現卻一點也不簡單 這種日常的組合 形成了科學家所稱的 減切增稠液體 這是一種根據施加的力的大小 而從液體變爲固體的材料 慢慢移動穿過它 它就像濃稠的液體一樣流動 用力敲打或快速踩上去 它會瞬間變硬 讓你能夠在其表面上 短暫站立或甚至奔跑 歐白本身是一種懸浮液 意味着固體顆粒 如玉米澱粉 分散在液體水中而不溶解 當顆粒不受干擾時 它們有足夠的空間彼此移動 因此混合物可以自由流動 但在突然施加壓力時 這些粒子被緊緊逼在一起 形成一個臨時的固體網絡 當壓力釋放時 它們又會分開 恢復到混合物和液態 軍方和工程界已經探討 將剪切增稠流體 應用於柔性防彈衣 當材料受到衝擊時 它會瞬間硬化 將力量分佈到更廣泛的區域 提供保護而不犧牲其靈活性 這概念不僅適用於防禦領域 還適用於機器人技術 抗衝擊服裝和減震等領域 它在物理教學中也被廣泛使用 因爲它清晰地展示了非牛頓行爲 它展示了一些液體如何反抗 艾薩克·牛頓所描述的 標準運動和粘度定律 OBEC這個名字來源於 1949年蘇斯博士的書 《巴塞洛繆與OBEC訴訟》 描述了一種粘稠的綠色膠狀物 從天而降 真實的版本可能不會從雲端降落 但親眼見到仍然令人着迷 人們常常用它填充游泳池 或水箱進行演示 在它變成液體之前在上面奔跑 這是一個奇怪行爲 13 有史以來最輕的材料 石墨烯氣凝膠 輕到可以resting on花瓣 或蒲公英的絨毛 而不彎曲 它由一個三維網絡的石墨烯構成 石墨烯是單原子後的碳片 它被認爲是有史以來最輕的固體 密度低至每立方厘米0.16毫克 它的重量大約是空氣的七分之一 它是在2013年 由中國的研究人員開發的 石墨烯氣凝膠 將石墨烯的強度和導電性 與氣凝膠的海綿狀結構相結合 爲了製作這種材料 科學家們製作了一種 含有氧化石墨烯的凝膠 然後通過冷凍乾燥去除液體 這留下了一種 幾乎完全由空氣構成的多孔固體 儘管極其輕盈 氣凝膠卻能吸收 多達900倍滋生重量的油 並在壓縮後恢復到原始形狀 這使得它在環境清理中非常有價值 尤其是處理油污 因爲它能夠高效地吸收污染物 並且可以多次重複使用 它的結構 使其成爲一種有前景的材料 適用於能源儲存 過濾 甚至聲音隔離 從外觀上看 石墨烯氣凝膠 像一個黑色脆弱的海綿 但它比看起來要堅韌得多 當受到壓迫時 它幾乎能完全反彈 展現出對原始形狀的一種記憶 它還耐極端溫度 並且在任何惡劣環境中 具有化學穩定性 儘管仍然昂貴 且在大規模生產中受到限制 石墨烯氣凝膠 代表了材料科學的前沿 它是一種比空氣還輕的結構 卻足夠強大 可以支撐數千倍於自身的重量 這可能是一個未來的曙光 在這個未來中 固體和氣體之間的界限 變得比單個原子還要微薄 證明最奇異的物質 有時並非來自自然 而是源於人類的聰明才智 推動物質達到極限 色溫能承受極端高溫的神祕物質 星光是迄今爲止 向公衆揭示的最神祕的物質之一 主要原因是隻有小圈子的人才知道 它究竟由什麼組成 由英國發行師和業餘化學家 莫里斯沃德 於1980年代末創建的星光 是一種白色的像栗子一樣的材料 據稱能耐受高達1800華氏度的溫度 在英國電視臺的現場演示中 它被證明能保護一個雞蛋 免受燃燒器的高溫 甚至附近的金屬都融化了 當火焰被移開時 雞蛋的表面溫度已經足夠涼爽 完全沒有受到損傷 只有一層薄薄的焦炭 覆蓋着星光材料 在獨立實驗室進行的測試 包括英國國防部和NASA的一些實驗室 證實該材料具有卓越的耐熱性 它沒有燃燒 也沒有產生有毒煙霧 並且能夠承受 其性能背後的科學從未被完全解釋 因爲沃德拒絕透露配方 他擔心失去對自己發明的控制 或被企業利用 據報道 星光材料含有聚合物 陶瓷和其他有機化合物的混合物 其祕密可能在於它在熱量下膨脹 形成一層碳化層 能夠絕緣並反射熱能 這個被稱爲膨脹的過程 在一些現代防火塗料中有應用 但沒有任何材料能展現出 像星光那樣的保護水平 2011年沃德去世後 他的家人繼承了配方 但不清楚是否曾正式記錄下來 目前沒有已驗證的樣本存在 科學家們仍在辯論這種材料 是否能夠被複現 無論是被忽視的突破 還是被時間遺忘 Starlight依然是展示過的 最奇特材料之一 它已成爲科學傳奇 成爲一種隨着其發明者消失而消逝的 世界改變物質的罕見例子 與水接觸後 變成凝膠的粉末 聚丙烯酸鈉 乍一看可能不怎麼樣 這只是一種細白粉末 通常用於日常用品 如尿布和記性學玩具 但這種合成聚合物 可以吸收相當於自身重量300倍的水分 幾乎瞬間從乾燥的顆粒 變成柔軟的果凍狀物質 這種轉變發生 是因爲每個分子 包含重複的聚丙烯酸鈉鏈 這些鏈通過氫鍵和離子交換 吸引並固定水分子 當水接觸到它時 聚合物鏈會展開 形成巨大的表面積 從而鎖住液體 結果是這種凝膠非常穩定 即使被擠壓 也不會輕易釋放水分 這種特性 使其在用於盛裝 或控制液體的產品中無價 比如吸水墊 清理溢出的材料 以及保持土壤溼潤的原液膠 在化學術語中 聚丙烯酸鈉 是一種超級吸水性聚合物 它是在1960年代 由美國首次開發的 農業部最初作爲土壤添加劑 用於幫助乾旱環境中保持水分 然而它最大的商業成功 是在幾十年後 與一次性尿布 和衛生產品的推出有關 它高效地鎖住水分 同時保持乾燥的能力 徹底改變了衛生行業 它的結構也賦予了 它不同尋常的化學行爲 當加入鹽水時 聚合物的吸引能力急劇下降 這是因爲鹽中的鈉離子 干擾了聚合物鏈上的電荷 降低了吸引水的能力 這就是爲什麼 它的淡水中效果 遠勝於海水的原因 在課堂上 這種物質常用於 看起來神奇的科學演示 只需在一小堆粉末上滴幾滴水 它便會立刻膨脹成 一堆透明的凝膠 這是一種簡單的材料 但它僅憑一滴水 就能如此戲劇性地改變狀態 確實使其成爲人類製造的 最奇特和最有用的物質之一 10 介於固體與液體之間的液晶 它們是最奇特的材料類別之一 它們存在於 固體與液體之間的狀態 像液體一樣流動 但仍保持某些有序的 分子晶體結構 這種介於固體和液體之間的狀態 賦予了它們驚人的光學特性 而人類則學會了 液晶這一現象 最早是由奧地利植物學家 弗里德里希·任尼澤 於1888年發現的 他當時正在研究膽固醇衍生物 他注意到了一些意想不到的事情 當它加熱某些有機化合物時 它們並沒有直接融化成清澈的液體 相反 它們形成了一種cloudy粘稠的像 既有固體晶體的特性 又有液體的特性 科學家後來稱之爲的心中像 在普通液體中 分子朝各個方向隨機運動 在固體晶體中 分子被剛性地排列在一個重複的晶格中 但在液晶中 分子可以像液體一樣自由移動 同時仍然保持一定的方向性 當受到溫度變化 壓力或甚至電場影響時 這種取向可以發生改變 從而使材料的顏色或透明度發生變化 正是這種靈敏性 使得LCD顯示器成爲可能 每個LCD屏幕的像素中 都夾着液晶分子 位於玻璃層和偏振率光器之間 當電流通過時 晶體會扭曲並重新排列 從而控制光可以通過的量 而且有一個相當酷的事情 是它們也可以自然發生 甚至在人類身體內部 構成組織的細胞膜具有液晶像 這有助於調節結構和靈活性的 許多生物分子 如DNA和某些蛋白質 也展現出這些特性 儘管對大多數人來說是不可見的 液晶卻構成了現代顯示技術的基礎 它們在物理世界中 佔據了一種奇特的中間狀態 既不是真正的固體 也不是液體 但對我們每天如何看待 和與信息互動至關重要 自愈的塑料想象一下 一個塑料手機殼 能夠在一夜之間修復劃痕 或是一個汽車保險槓 在受到撞擊後能夠自我癒合 這就是自愈聚合物的承諾 這些奇特的物質模擬了生物自愈 它們利用內置的化學反應 在分子結構中閉合傷口 這一概念在2000年初期 首次獲得關注 當時伊利諾伊大學的研究人員 開發了一種嵌入微小修復劑膠囊的 聚合物 當材料出現裂縫時 膠囊破裂釋放出液態樹脂 填滿縫隙並固化 從那時起 科學家們不斷完善這一概念 研發出能夠反覆自我修復的材料 有時只需幾秒鐘 基於膠囊的系統 依賴於在受損時破裂的微膠囊 而內在系統則使用可逆化學鍵 這些化學鍵在熱量光照 或僅僅接觸空氣或溼氣時 可以斷裂並重新形成 一個突破來自日本的研究人員 他們創造了一種透明聚合物 只需在室溫下壓合 就能自我修復 無需加熱或催化劑 加利福尼亞大學的另一個團隊 開發了一種可拉伸的電子聚合物 能夠導電並修復自身的結構和功能 但除了消費產品 自育材料在航空航天 建築和醫療設備方面也具有潛力 能自動修復小裂紋的飛機 機翼和航天器塗層 可以顯著提高安全性 在基礎設施領域 摻入自育聚合物 或基於細菌的系統的混凝土 可以將橋樑和隧道的使用壽命 延長數十年 這些自育聚合物 正在重新定義我們對耐用性的理解 它們模糊了惰性物質 與生物系統之間的界限 並暗示着一個未來 那時我們的設備 建築和車輛 將悄然自我維護 不需要膠水 工具或修理 其拒絕重力的液體超流體氦 是我們所知的最奇異物質之一 當氦氣被冷卻到 接近絕對零度的極度時 也就是零下273攝氏度 它會發生一種變化 打破物理學的常規規則 它變成了一種被稱爲超流體的狀態 這是一種具有零粘度 零摩擦 並能無阻力流動的物質狀態 在這種狀態下 它可以攀爬出容器 滴落穿過固體材料 甚至形成一種類似永動機的電流 永遠不會減速 氦有兩種主要的同位素 氦4和氦3 兩者都可以在極低溫下 進入這種超流態 儘管溫度略有不同 該效果於1937年首次被觀察到 科學家注意到 當氦4的溫度 降低到2.1開爾文以下時 它突然失去了所有內部摩擦 並開始表現得像一種全新的液體 關鍵在於量子力學 在超流體中 所有氦原子凝聚成相同的量子狀態 集體表現得像一個單一的超原子 這種現象被稱爲波色愛因斯坦凝聚 允許原子完美同步移動 不發生碰撞或產生寬流 當超流氦放入容器中時 它會展現出其他奇怪的效應 它可以形成一種薄膜 緩緩爬上容器的邊緣 持續流動直至容器中的液體完全排出 它還能以極其高效的方式導熱 以至於內部的溫差幾乎瞬間消失 但超流氦在低溫物理學之外 並沒有實際用途 但對研究卻是無價之寶 研究它有助於物理學家 在宏觀尺度上理解量子現象 肉眼看去 超流體氦看起來只是普通的液體 但它的行爲超出了自然界中的任何現象 這不僅奇怪 它也是人類對支撐現實本質的 量子世界最純粹的洞察之一 由最簡單元素製成的固態金屬 數十年來 科學家們推測 在極高壓力下 氫這種宇宙中最輕最豐富的元素 可能會轉變爲金屬 它可以導電像鋁一樣反射光線 甚至可能在壓力釋放後仍然保持穩定 但將氫轉化爲金屬所需的條件極爲苛刻 以至於在大部分歷史中 這一過程僅停留在理論層面 氫氣通常以H2的形式 以原子對存在 形成無色的非金屬氣體 然而在1935年 物理學家尤金·維根 和希拉德·貝爾·亨廷頓提出 如果施加的壓力足夠大 遠超過地球核心的壓力 分子將會分解 原子將會排列成晶體金屬晶格 這一預測引發了高壓物理學中 持續時間最長的探索之一 也就是說直到2017年 由艾薩克·希爾維拉和拉格納·迪亞斯 領銜的哈佛研究團隊 宣佈他們最終在金剛石針子中 成功創造出金屬氫 研究人員通過將微觀氫樣本 加在兩個鑽石尖端之間 施加超過400吉帕斯卡的壓力 約爲地球大氣壓力的400萬倍 他們聲稱氣體變得具有反射性 這表明它已經變成了金屬 然而結果存在爭議 樣本在測試中被銷燬 其他實驗室尚未明確浮現 如果金屬氫真的存在 那將是最奇特 最有價值的材料之一 從理論上講 它可能是一種常溫超導體 意味着它可以在零電阻的情況下導電 這將徹底改變能源傳輸 磁懸浮和電子技術 更具吸引力的是 金屬氫作爲火箭燃料的潛力 因其極高的能量密度 金屬氫能夠提供傳統燃料 兩倍的推力 但挑戰是巨大的 創造和穩定它需要的壓力之高 地球上沒有任何容器能夠長時間承受 一些科學家認爲 如果釋放金屬氫 可能會以爆炸性方式 恢復到其分子形態 釋放出巨大的能量 其他人認爲一種亞穩定的版本 可能在長壓下存活 但這尚未得到證明 它是否以穩定可重複的形式 真實存在尚不確定 但如果得到證實 第五個 在衝擊下硬化的液體 鹼切增稠液體 它們也被稱爲鹼切增稠流體 這些材料在輕微運動下 表現得像液體 但一旦受到撞擊 就會瞬間變硬 它們與非牛頓流體乳奧布萊克 密切相關 但經過工程化設計 特別用於防彈衣和保護裝備 這些流體由固體顆粒組成 通常是二氧化硅 懸浮在像聚乙二醇這樣的液體中 當懸浮液靜止或在緩慢運動時 顆粒可以自由地相互移動 流體也能順暢流動 但當受到任何力量撞擊時 顆粒會相互碰撞並鎖定在一起 形成一個暫時的固體 能夠抵抗運動 傳統的防彈衣使用鋼性的護板 或像凱弗拉這樣的編織纖維 這會限制你的行動並增加厚度 而相比之下 這些進有鹼鐵增稠液體的織物 仍然保持柔軟和靈活 但它們會瞬間變硬 以吸收並分散子彈或刀刃攻擊的能量 這種技術在2000年代初引起了關注 當時美國的研究人員 陸軍研究實驗室和特拉華大學 展示了注入液體的凱弗拉縴維 其阻擋彈丸的效率超過了標準盔甲 現在市面上使用專有混合物 如D3O的商業版本 已廣泛應用於滑雪頭盔 它們看起來和感覺起來 像是一種簡單的凝膠 但在DSDS就會轉變爲幾乎固體的狀態 這些非牛頓流體 模糊了固體和液體之間的界限 展示了運動如何定義材料的屬性 嗯 這聽起來像是科幻小說裏的東西 實際上確實如此 這個術語首次出現在 1986年的星際旅行4《回家之旅》中 劇組用它來建造一個 足夠強大的透明水箱 能夠容納兩隻鯨魚 幾十年後 科學家們實際上製造了它 不過是以不同的名字 驢氧氮化物 或稱爲Allon Allon是一種由驢氧和氮組成的陶瓷材料 它之所以酷炫 是因爲它將光學透明性 與金屬的強度結合在一起 這是一種堅固的晶體材料 能夠在承受巨大力量的同時 從紫外線到中紅外光譜 傳遞光線 最初由美國開發 在1980年代 空軍與雷神公司首次計劃 將ALON用於軍事防護和航空航天應用 與普通玻璃在受到衝擊時會破碎不同 Allon能夠抵禦子彈和爆炸 今天它被用於防彈窗 傳感器的圓頂和裝甲車的遮蓬中 而一塊僅有一英寸半厚的Allon 就能阻擋50口徑的子彈 同時提供比傳統層壓防彈玻璃 更清晰的光學性能 後者通常需要超過三英寸的厚度 生產它是一個複雜的過程 它的起始形態是一種細粉 經過壓制成型後 在超過3600華氏度的溫度下燒結 最終形成透明的固體 這個過程必須嚴格控制 拋光後結果看起來像普通玻璃 但卻比鋼鐵更堅固防刮擦 並且對大多數酸具有抵抗力 儘管它比傳統玻璃更貴 但製造技術的進步正在降低成本 使其適合商業應用 這是科幻變爲科學事實 最具象的例子之一 這種材料你可以透視 但幾乎無法打破 在奇異物質的層次中 鋁氧氮化物是極少數既實用 又視覺上引人注目的存在 在地球上最奇特的自然物質中 氣態冰就像生物一樣生長 這更常被稱爲霜或霜花 但在微觀層面上 它卻是非凡的存在 與我們熟悉的緊湊六角冰塊 或冰川不同 氣態冰形成複雜的羽毛狀結構 似乎朝着空氣中生長 這種冰的形成需要非常特定的條件 即潮溼的空氣接觸到低於冰點的表面 但風力要最小 當水蒸氣接觸到寒冷的表面時 它瞬間結晶 形成這些精緻的尖塔和樹枝狀的結構 結果是一個輕質的多孔結構 類似於白色珊瑚或冰凍的花邊 它不是由像普通冰那樣 凍結的液態水形成 而是直接由水蒸氣轉變爲固體 這一過程稱爲沉積 這意味着它完全繞過了液態階段 在適當的條件下 它甚至可以以每小時幾釐米的速度生長 在北極和南極 一種相關的現象稱爲 霜花出現在新形成的海濱表面 這些是當過冷空氣 遇到飽和鹽水錶面時形成的冰晶簇 這些霜花不僅視覺上很酷 它們在大氣化學中也扮演着重要角色 它們可以將鹽和其他化合物 釋放到空氣中 從而影響當地的天氣 由於它們的脆弱特性 氣態冰結構難以研究 即便是人手的溫度也能摧毀它們 但科學家們利用高速攝影和顯微鏡 研究了它們的形成 從中揭示了水的相變 如何產生奇妙幾何形狀的見解 無論科學家們觀察多少次 霜花的增長及其超凡脫俗的形狀 依然是地球上任何常見物質中 最奇特又最酷的行爲之一 顏色 愛因斯坦凝聚態 不僅是科學所知的最奇特物質之一 甚至可以說是人類曾經創造的 最奇怪的物質形態 它位於量子世界與經典世界的邊界上 在這裏 原子不再像單獨的粒子那樣行爲 而是開始像一個統一的 超級原子一樣運作 在這種狀態下 物質的行爲不再像氣體或液體 而更像是可見的純量子能量 這一概念始於1920年代 由印度物理學家薩傑恩德拉·納特·博斯 和他的合作伙伴阿爾伯特·愛因斯坦提出 博斯在量子統計方面的研究表明 在極低溫度下 某些粒子可以佔據完全相同的量子狀態 愛因斯坦意識到 如果將波薩子原子氣體冷卻到接近絕對零度 所有原子將有效地合併爲一個單一的量子實體 這種理論上的凝聚態不僅會表現得不同 實際上它也將是不同的 存在於一個量子力學在宏觀尺度上運作的狀態中 當然 幾十年來這僅僅停留在理論上 無法達到足夠低的溫度來實現這一點 但這一切在1995年發生了變化 當時科羅拉多大學的科學家埃裏克·康奈爾和卡爾·懷曼 以及麻省理工學院的沃爾夫岡 凱特勒分別成功地利用黛和鈉原子 生產出了第一個波薩 愛因斯坦凝聚態 通過用激光束和磁井 將這些氣體冷卻到絕對零度以上 僅幾十億分之一度 它們使原子踏縮到一個單一的量子態 結果令人震驚 原子的雲團突然變暗 減速 開始表現得像一個粒子 成千上萬的原子和諧地運動 但這些物質極其脆弱 稍微的溫度上升或外部光線的干擾 都可能摧毀它 爲了維持凝聚態 科學家必須將其隔離在近乎完美的真空中 避免震動並用精確的激光 將最後殘留的原子運動降溫 近年來 NASA在國際空間站上創造了一種冷凝霧 在軌道的微重力環境中 凝聚態可以維持更長時間 並以地球上無法實現的方式進行觀察 這些太空實驗 可能會在量子傳感和導航領域帶來突破 這是我們用肉眼觀察量子世界最接近的東西 一種短暫而幽靈般的物質狀態 無阻力的流動 像單一的有機體般脈動 它讓我們看到當去除熱能和運動 只剩下純粹的量子秩序時 宇宙是多麼奇特 第一 宇宙中最強大且最奇特的物質 如果有一種材料 違背了普通物理的每一個規則 那就是核意大利麪 中子意大利麪並非來源於地球 而是存在於中子星深處的星殼中 被認爲是宇宙中已知最強的物質 如此密集 一茶匙的重量超過十億噸 儘管其規模龐大 但它是一個真正的物理材料 受核物理法則的預測 並得到計算模型的支持 要理解核意大利麪 你必須想象一顆大星星死亡時 發生了什麼 當一顆遠大於我們太陽的星星 耗盡核燃料時 它在自身重力的作用下坍塌 將質子和電子壓縮在一起形成中子 結果是一顆中子星 一個大約二十公里寬 但質量超過太陽的物體 物質壓得如此緊密 以至於原子核被迫形成奇特的排列 在這些極端的密度下 約爲每立方厘米時的十四次方克 物質內部的力量 不再像其他地方那樣運作 中子和質子通常被限制在原子核內 但它們被擠壓得如此接近 以至於它們的相互作用 產生了類似複雜結構的模式 核物理學家通過量子模擬 發現這些模式類似於意大利麪的形狀 包括千層麪狀的薄片 像意大利麪的細絲 以及像堅果團的塊狀物 因此得名核意大利麪 根據模擬 這種核意大利麪具有驚人的機械性能 它的強度即在變形前 能夠承受的力的大小 估計是鋼鐵的一百億倍 中子星的外殼 主要由這種核意大利麪構成 其韌性極強 能儲存巨大的壓力 這也許能解釋 在快速旋轉併發射輻射束的脈衝心中 觀察到的突然心震和故障現象 奇異性並沒有就此停止 這種核意大利麪不僅強大 還具有導電性 並可能呈現磁性有序 這可能會影響熱量和磁場 在中子星內的傳播 進而影響其外殼和磁極的行爲 沒有人類曾經觸摸 看到或製造過核意大利麪 但它的存在是通過天體物理數據 和計算模型推斷出來的 2018年 印第安納大學和洛斯阿拉莫斯 國家實驗室的研究人員 利用超級計算機進行了詳細的模擬 確認了這些類似於意大利麪的結構 是如何形成的 並估算了它們的抗拉強度 它們的結論 核意大利麪可能是宇宙中最強的材料 想象它幾乎是不可能的 想象一個引力如此強大的區域 以至於一顆卵石 以光速十分之一的速度朝表面下落 地殼內部並非由岩石或鐵構成 而是由負中子物質組成 這些物質被壓縮得如此緊密 以至於原子核扭曲成細絲狀的薄片和氣泡 其形狀受到我們幾乎無法模擬的力量影響 從某種意義上說 這種核意大利麪 代表了物質奇異性的終極極端 這是一個普通原子結構崩潰的地方 而自然就在這裏重新組織成 我們無法將其樣本帶回地球 但在遙遠脈衝星的光輝中 我們可以看到它的影響 時空中的漣漪 輻射的閃光 以及宇宙背景中的痕跡提醒我們 在遙遠的某個地方 在一顆死去恆星的冰冷心臟中 宇宙正在烹飪它自己奇特而不朽的 謙卑意大利麪