大象如何站在鉛筆上 由物理網(wǎng)資料整理
當(dāng)象寶寶的體重集中在鉛筆的筆尖上時(shí)，產(chǎn)生的壓強(qiáng)能將下面的石墨烯刺穿嗎?
這是@qikipedia在9月1日發(fā)的一條推特全文：“一層保鮮膜那么厚的石墨烯，就需要一頭大象站在鉛筆上才能刺穿。”一番偵查工作顯示， 這個(gè)說法源自哥倫比亞大學(xué)的機(jī)械學(xué)工程教授詹姆斯·霍恩(JamesHone)，他在2008年說過：“我們的研究證明，石墨烯是人類所知的最堅(jiān)韌的物質(zhì)，比結(jié)構(gòu)鋼還堅(jiān)韌200倍左右。僅僅一層賽倫保鮮膜(SaranWrap)那么厚的石墨烯，就需要一頭大象站在鉛筆上才能刺破。”這位教授的宣言引發(fā)了一系列問題，第一個(gè)問題：“什么是石墨烯(graphene)?” 微軟的Word就不知道——它一個(gè)勁地在graphene底下畫紅色波浪線，那意思是“你要寫的是不是‘grapheme’(字母)?”(當(dāng)然不是，盡管 我的確在這個(gè)頁面上堆滿了各種字母。)
幸好，維基百科總算是收錄了對于石墨烯的定義，它來自安德烈·蓋姆(AndreGeim)和康斯坦丁·諾沃肖羅夫(KonstantinNovoselov)合寫的一篇論文——這兩位就是因?yàn)閷@種神奇物質(zhì)的研究獲得了2010年度 的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們的定義如下：“石墨烯是一種緊密折疊成二維(2D)蜂窩狀柵格結(jié)構(gòu)的平坦單層碳原子(原文如此)，也是構(gòu)成其他各種維度石墨材料的 基本成分。它可以壓縮成0D的富勒烯，翻卷成1D的納米管，或者堆積成3D的石墨。”請自行想象一張鐵絲網(wǎng)，再將網(wǎng)上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)替換成一個(gè)碳原子，你想象 出來的這個(gè)怪東西就是石墨烯了。(好吧，是虛擬的石墨烯。)
霍恩教授是寧愿設(shè)法將幾層石墨烯折疊成保鮮膜的厚度，也不愿意為我接下來的問題費(fèi)心的。那么善良的讀者，我就把這些問題都留給您吧，我們這就開始。
首先，那支鉛筆是垂直的還是水平的?就權(quán)當(dāng)它是垂直的吧。這樣一來，那頭大象的全部體重就都集中在石墨烯的一點(diǎn)上了。水平的鉛筆在多數(shù)狀況下都是沒有用處的，比如躺在鉛筆盒里時(shí)，除非是在墻壁上寫字。
其次，那支鉛筆是用什么做的?普通的鉛筆頭不可能承受大象的體重。那么答案肯定是卷成巨大納米管的石墨烯。(對納米管來說大得過分了，但對鉛筆來說正 好。)制筆的時(shí)候不妨在石墨烯卷里加入一根較細(xì)的石墨柱體，這樣就真的可以書寫了，可那樣又太學(xué)究氣了一點(diǎn)。(不過話說回來，不能寫的還能叫鉛筆嗎?大概 不行吧。有人跟我說過我不能寫，而我也顯然不是一支鉛筆。)
總之，我們現(xiàn)在有了石墨烯保鮮膜和石墨烯鉛筆。下一個(gè)問題是：那頭大象要怎么弄到鉛筆上去?且慢，稍等片刻。這大象是體重11 800千克的非洲象呢、還是體型較小、僅重5 440磅的亞洲象?
這兩種動(dòng)物不光是體型不同，性情也大不一樣。你或許可以安然無恙地讓亞洲象表演這個(gè)特技，但我是不會(huì)試圖讓一頭非洲象站上一支鉛筆的，尤其是一頭公非洲 象。它或許無法將石墨烯的鉛筆壓斷，但十有八九會(huì)奮力抗拒，把實(shí)驗(yàn)室整個(gè)摧毀。其實(shí)仔細(xì)想想，我們對那頭大象的了解并不算多。它是一頭成年象，還是一頭象 寶寶?要站上鉛筆的話，一頭亞洲象寶寶是最容易的選擇。另外，大象接近石墨烯的時(shí)候，研究人員有沒有播放美國作曲家亨利·曼西尼(HenryMancini)的《小象進(jìn)行曲》(Baby ElephantWalk，這是亨利·曼西尼為影片《哈泰利!》所作的插曲)?如果沒有，是為什么?畢竟這樣的機(jī)會(huì)可不是天天都有的。
當(dāng)象寶寶的體重集中在鉛筆的筆尖上時(shí)，產(chǎn)生的壓強(qiáng)能將下面的石墨烯刺穿嗎?如果實(shí)驗(yàn)需要的是一頭成年非洲象，那么我很懷疑那頭104千克的象寶寶是否夠 重。如果那頭可愛的小象把全部重量都?jí)涸谀侵?qiáng)度卓絕的納米鉛筆上，那么保鮮膜或許沒有問題，小象倒怕會(huì)撐不住——鉛筆會(huì)在可憐的象寶寶身上扎個(gè)洞，并整 個(gè)陷進(jìn)它的肉里。這下，就會(huì)有一頭受傷的亞洲象寶寶在你的石墨烯上血流不止，一頭象媽媽在一邊氣得發(fā)瘋，一群善待動(dòng)物協(xié)會(huì)的人在外面大聲抗議了。
我們最終還是得挑選一頭完全長成的亞洲象，它的身上要包裹一層保護(hù)性的石墨烯，它的象腿站在石墨烯的鉛筆上，在石墨烯的薄膜上保持平衡。而且不像這篇專欄，它還不能偏離中心。
本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.yy-art.cn/chuzhong/707453.html
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