摘要: 把一堆原子放在一起，它们会怎么排列？原子核之间显然隔着十万八千里，而且被一堆带负电的电子云屏蔽了，就是想发生点关系，也是腿短莫及啊！原子和原子之间，主要是离原子核比较远的那些电子(外层电子)和电子之间的相互作用，而这些电子的空间分布，是某些特定对称形状的电子云。那么，一个无比自然且和谐的结果是，原子间的排列也会形成某些特定的对称结构。有了电子云喊口令，原子们不是一盘散沙，而是整齐划一的队伍，这就是微观世界的八卦阵！这种对称有多漂亮？用一把原子大小的尺子去量一下就知道。X射线作为电磁波的一种，其波长就和原子直径差不多，如果用一束X 射线打进规则的晶体中去，就会出现对称的衍射斑点。类似地，用一束电子或一束中子也可以实现，衍射斑点的分布就像你看到蝴蝶的花纹一样漂亮—— 这就是对称之美(图6)。可不要小瞧这微观世界的八卦阵，它厉害着呢！不同的原子排列方式不仅决定了材料的外形，而且决定了材料的许多基本物理性质。举个最常见的例子，一颗璀璨的钻石和一支写字的铅笔芯有什么异同？它们都是碳原子组成的！谁说朽木不可雕？朽木可以变成木炭或铅笔，也可以变成钻石！区别在于，铅笔芯里主要是石墨，由一层层的六角排列碳原子构成，所以碳原子特容易剥落，可以轻易留下字迹；但是钻石内部是由碳原子密堆起来的，碳原子间存在非常稳定的结构，形成了自然界硬度最高的材料—— 金刚石。碳原子的不同排布就如同孙悟空的七十二变一样，除了石墨和金刚石， 还可以有单原子层的石墨烯，卷成管子的碳纳米管，60 个碳原子组成的足球烯等等( 图7)。这些材料性质千差万别，又同宗同源， 我们称之为“ 同素异形体”。也不要太恐慌，微观世界的八卦阵型其实并不是想象中的那么多。数学家告诉我们，微观八卦阵(空间群)最多也就是230 种，这230 种又可以划分为7 大类和14小类5。不要问我为什么，反正，世界，就是如此简洁！