原子|怎样将两块金属合二为一?在宇宙中,只需将它们放在一起就行了

1989年 , 伽利略号木星探测器从亚特兰蒂斯号航天飞机上发射 , 踏上了前往木星的行程 。
整个行程耗时6年 , 直到1995年底 , 伽利略号木星探测器才抵达木星轨道 , 在开始的长期飞行过程中 , 伽利略号上的通信天线是默认收起的 , 而在飞行了一年之后 , 当科学家们想要打开天线进行数据传输的时候 , 一个意想不到的事情出现了 , 天线怎么也打不开 , 而原因就是天线已经粘在了一起 。 其实说“粘”并不太合适 , 其更像是我们平时所说的焊接 , 这到底是怎么一回事呢?
如果我们想要让两块金属合二为一 , 应该怎么办呢?在地球上 , 我们能够想到的最好方法恐怕就是焊接了 , 焊接简单来讲就是对两块金属准备相接的部位进行加热 , 在高温的作用之下 , 金属分子的运动速度加剧 , 金属熔化为熔融状态 , 两块金属的分子快速相互扩散 , 最终结合到了一起 。

原子|怎样将两块金属合二为一?在宇宙中,只需将它们放在一起就行了
在宇宙中 , 若想让两块金属合二为一 , 并不需要像在地球上一样麻烦 , 我们不需要加热 , 只需要将两块金属放在一起 , 相互接触 , 它们自然就能融合为一块 , 这种现象就被称之为冷焊 。
伽利略号木星探测器的天线无法正常打开就是因为这种冷焊现象 。 冷焊现象到底是怎么一回事 , 为什么将两块金属放在一起就能合二为一呢?先来说说金属的内部发生着什么 , 一块金属表面上看起来是一个静止不动的整体 , 但实际上其内部的原子却无时无刻不处于运动之中 。 温度的本质就是运动 , 当一个物体处于绝对静止状态下时 , 它的温度也会达到绝对零度 , 而即使是空旷的宇宙 , 其平均温度也不过-270.15摄氏度 , 距离-273.15的绝对零度还有所距离 , 所以没有什么东西是绝对静止的 。

原子|怎样将两块金属合二为一?在宇宙中,只需将它们放在一起就行了
【原子|怎样将两块金属合二为一?在宇宙中,只需将它们放在一起就行了】金属内部的原子运动与气体和液体不同 , 在理想状态下 , 金属原子之间的排列是规则而有序的 , 原子与原子之间空余的部分是不足以容纳一个原子的 。
但理想状态只存在于理想之中 , 在现实之中 , 金属材料总是存在着微观上的缺陷 , 这种缺陷会使得一些本该有原子的位置被空了出来 , 因为有空位的存在 , 周围的原子便会向空位移动 , 移动又会产生新的空位 , 这就形成了金属内部原子的无规则扩散运动 。 了解了金属内部的世界 , 我们就可以来聊聊冷焊现象了 。 宇宙是近乎于真空的 , 在星系之中 , 平均每立方厘米大约只存在1个粒子 , 而在星系与星系之间更为空旷的空间中 , 平均每立方米可能才存在1个粒子 。

原子|怎样将两块金属合二为一?在宇宙中,只需将它们放在一起就行了
在近乎于真空的环境下 , 当我们把两块金属放置在一起的时候 , 由于它们之间没有任何的其它杂质 , 比如空气和尘埃 , 所以它们会亲密无间地贴在一起 。
这个时候 , 位于两块金属相接边界上的原子就有些蒙了 , 自己这一侧是与自己一样的金属原子 , 而另一侧也是与自己一样的金属原子 , 那么“我”到底是哪一边的呢?还是说大家本来就是一起的?于是金属内部的原子无规则扩散不再局限于自己这一块金属内部 , 两块金属开始相互扩散 , 于是合二为一 , 这就是冷焊 。 冷焊具有很多优点 , 整个结合过程非常快速 , 而且不会出现任何变形 , 强度更是与金属本身的强度一致 , 不过冷焊对于环境的要求是非常苛刻的 。 在地球上 , 绝对的真空环境是不存在的 , 两块看似紧密相贴的金属之间会存在大量的气体分子、尘埃以及氧化层 , 有这么多东西阻隔 , 原子又不是傻子 , 当然能够分得清自己是哪一边的 , 所以自然不会跨越重重障碍向另一块金属扩散 。

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那么我们是否可以在地球上制造真空环境来实现冷焊呢?是可以的 , 不过这与我们平时储存衣物食品所说的抽真空可不是一回事 , 我们那种抽真空距离真空还差了十万八千里 。
要制造超真空环境 , 需要一个密封性极高的腔体 , 然后还要用到机械泵、离子泵、分子泵等 , 可不是一件容易的事 。 即便于此 , 通常也只能达到10的-9次方帕斯卡 , 而月球的真空环境大约为10的-10次方帕斯卡 , 其平均每立方厘米所拥有的粒子数量大概为8万个左右 , 这与银河系中每立方厘米1个粒子的真空环境相比还差得远呢 。

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