每日科技名词|范德瓦耳斯力
来源:全国科学技术名词审定委员会
范德瓦耳斯力
van der Waals force
定义:由分子极化产生的分子间的静电作用力。
学科:化学_有机化学_物理有机化学_超分子
作用于任何分子的引力由荷兰物理学家范德瓦耳斯(Johannes Diderik van der Waals,1873—1923)提出的理论所揭示,所以被称为范德瓦耳斯力。
以氢分子为例,两个氢原子对电子的吸引能力相同,所以基本不存在极性,但如果我们在某个瞬间来观察的话,那两个电子的位置有可能向一侧偏移。所有的分子都会发生这种瞬间的电子偏移,即产生瞬时极性,于是,就在分子间产生了范德瓦耳斯力。
由电子偏移所产生的分子瞬时极性、局部极性、诱导极性,便是范德瓦耳斯力的真正成因。极性分子还会引起周围分子的极化作用,让原本非极性分子中的电子发生偏移,从而产生极性。也就是说,极化一旦出现,便会不断“传染”,于是,就产生了分子间的静电引力[OK] https://t.cn/A66xPK7F

科学家们发现,宇宙中的所有现象都可归为四种基本力。这些力量从一开始就各不相同,但本质上是不可缺少的,它们分别是强核力、弱核力、电磁力和引力。强核力又称强相互作用力,是作用于强子之间的力,是目前所知的四种宇宙间基本作用力最强的,并且是作用距离第二短的;弱核力是造成放射性原子核或自由中子衰变的短程力。

你可能不知道的几个“洞洞”:黑洞可谓人人皆知,但你听过“白洞”吗?有网友立马表示,白洞没听过,但明洞我知道,在韩国!不不不,今天咱们要说的有白洞、灰洞、虫洞,就是没有明洞。而且明洞太明,一看便知,显然没有“科普”的必要。

所以,咱们今天的话题就先从白洞说起。其实,白洞、灰洞、虫洞都与黑洞有关。如果没有黑洞,这三种天体也就没有存在的意义了。1916年爱因斯坦弯曲时空理论诞生时,黑洞概念被提出,此后64年,人类才通过间接手段观测到了黑洞。

众所周知,黑洞是大质量恒星老化后的一个状态,往往是由一颗恒星崩溃向内坍缩而来,当恒星将自身半径压缩到一定程度时(这一程度压缩后的半径称为“史瓦西半径”),可以向内吸收物质,甚至包括光线,这时便可能转变为黑洞。由于内部核燃料消耗殆尽,一般而言恒星会朝两个方向发展:

(一)质量过小的恒星在燃料燃尽后会变成红巨星,最后变成白矮星;

(二)恒星质量过大、引力过强,内部的核辐射压逐渐减弱,无法平衡万有引力,最终向内坍塌,经历中子星阶段后,再进一步坍塌,成为黑洞。

黑洞不一定是黑色的,只是引力很大,连光都无法逃脱,人类凭借现有手段无法直接观测到它的本来面目而已。但即使如此,也可以借由间接方式得知其存在与质量,并且观测到它对其他事物的影响。

白洞与黑洞一样,是以爱因斯坦的理论为基础提出的假想天体,是为了解决一些问题而提出的。比如,黑洞一直在吞噬周边的物质,这说明宇宙中的物质在不断地减少。但根据质能守恒定律,物质和能量的总量是不会减少的,那么,被黑洞吞噬的物质和能量去哪里了呢?如果黑洞只进不出,那黑洞的体积应该无限扩大才是,而且长此以往,岂不是可以吞噬整个宇宙?

为了解释这个问题,并且与爱因斯坦的理论相适应,白洞假说应运而生。白洞与黑洞两者正好相反,一个只进不出,一个只出不进。二者共同作用,维持宇宙中物质与能量的平衡,就像太极一样,黑白相生相克。

根据白洞理论,有人认为类星体的核心可能是一个白洞。当白洞内超密态物质向外喷射时,就会同它周围的物质发生猛烈的碰撞,从而释放出巨大能量。由此推断,有些X射线、宇宙线、射电爆发、射电双源等现象,可能会与白洞的这种效应有关。白洞的力是排斥力,与黑洞的吸引力相反。

虫洞也叫时空洞,也可译为蛀孔,是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道。

虫洞也是根据爱因斯坦的理论假设出来的,当物体密度足够大时可以扭曲空间实现从一个点直接到达另一个点。爱因斯坦认为虫洞是连接黑洞和白洞的时空隧道,透过虫洞可以做瞬时的空间转移或时间旅行,原本10光年的路程,通过虫洞可以缩短到几公里。而虫洞的入口可能是黑洞,出口则是白洞。

不过即使虫洞真的存在,想要靠它进行时空穿梭就目前的技术而言恐怕也很困难,因为虫洞几乎与黑洞同时出现,如果你真的要试着去穿越虫洞,只能练就“无敌金身”,否则会被强大的X射线和伽玛射线烤成一堆焦炭。

总体而言,白洞、黑洞、虫洞,都是建立在爱因斯坦的物理学理论之上的产物,能够解释一些宇宙天体问题,不过白洞和虫洞目前还只是假设,人类尚未实际观察到。

那灰洞又是什么呢?

简而言之,灰洞就是恒星在向黑洞转变的过程中成为失败案例的产物。黑洞的由来是由于恒星压缩半径值到一定程度时而来,由恒星转变到黑洞这一过程中,如果恒星半径压缩达不到黑洞的程度,便形成了灰洞。也是,有的恒星成功转化成了黑洞,但并不是每个恒星都能成功的,也有失败的,对吧?

灰洞猜想是另一位著名天体物理学家霍金提出的(实际是不是他也不那么重要了,反正功绩都算在他的头上,就跟一堆作家把自己的作品都署名为莎士比亚一样,谁让当今物理界的扛把子是杨振宁呢)。霍金有一个著名的理论,名为“霍金辐射”,这是根据量子效应理论推测出的,意思是黑洞并不是只进不出的貔貅,被黑洞吞噬的物质,在强大引力的作用下,会进行质能转换。在黑洞附近产生的正反粒子(能量产生物质,比如正电子、负电子),会被引力分开,一个朝黑洞内部走,一个朝黑洞外部走。黑洞内的质能就是依靠“霍金辐射”散发出去的,最终质量逐渐变小,直至消失。这样,就用更简便的方式解决了关于黑洞消失、物质去哪里了等问题。

根据霍金的灰洞理论,当大质量的恒星无法顺利产生一颗正常黑洞时,有可能就会形成比中子星体积较小但密度更大的天体,这个天体的质量大致相当于三个太阳的质量。由于坍塌量的不足,导致没有正常黑洞那样的强大引力,有40%的辐射会离开这个天体向宇宙中喷出。霍金将这种看不见但质量大于三倍太阳质量的天体命名为灰洞。

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