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量子力学启蒙-22你知道量子力学是材料科学的后盾吗？

我们在上一期，也就是第二十一期中谈到了，固体为什么是结实的，这背后呢就是量子力学的原理。今天呢我们再谈一谈材料科学，其实在材料科学的后面也都是量子力学。那么我们谈几个话题。第一个话题呢，什么是晶体？晶体是又有什么用。第二个话题呢就谈谈钢筋混凝土这种非常常见的东西。第三个话题呢。谈谈玻璃和水晶的区别。第四个话题呢谈谈碳，石墨烯和钻石。最后呢我们再提一下，什么叫时间晶体？好，我们先谈第一个话题，晶体。什么是晶体呢？如果我们把一个晶体举个例子，比如说一颗盐把它打碎，你会发现什么呢就是盐呢通常是呈一个四方形的，如果你把它打碎呢就变成一些更小的盐粒，这些更小的盐粒呢也还是呈四方形的。如果你有本事继续砸碎，然后它会变得更小的四方形，到最后呢可能隧道只只能用显微镜才能看到。

如果我们用显微镜呢把盐放大看一看里面的结构。那么我们会看到整齐排列的原则，盐呢实际上是一种化合物，它的每个分子呢含一个钠原子和一个**原子，就是**化钠。这些**原子和钠原子呢在盐里面是整整齐齐地排列的，每相隔一个固定的长度呢有一个钠原子，然后你再隔一个固定长度还有一个钠原子。同样，**原子也是如此。这是为什么盐呢它成为晶体的时候呢它总是四四方方的，因为它里面的这些原子排列的也是四四方方的，我们把空间上这种整齐排列的固体呢叫做晶体盐就是一种特殊的晶体。当然还有一些更加复杂的晶体，无非就是说它的排列呢不是那么四四方方的，有可能是变成一个三角形的，或者是。正四面体的或者是什么什么。

也就是说呢用我们的物理学家的术语来说呢，它的排列有一种对称性。接下来呢我们再谈它金属。其实所有的金属呢也都是晶体，比如说铁啊、钢啊。那么钢是一个非常有趣的晶体，关于它呢有很多很多故事可以讲。呃我们知道呢就是在人类早期的时候啊，并没有发现纲，只有铁、铁器。那么铁呢有两个最弱的特点，这两个弱点呢使得铁呢它的用处啊远远不如刚。第一个弱点呢就是它没有钢那么结实、那么坚硬。第二个弱点呢就是铁容易生锈。那么在古代的时候我们知道在铁器时代呢，尽管铁的应用很广泛……