物理学家发现能结合与分散世界的一种力

文 / 秒知新科技
2017-07-04 23:29

自从1930年首次被描述以来,凡得瓦力(van der Waal force)被认为是最具吸引力。当分子群处于压力之下时,只会向后推。新的研究预测,这样的逆转可以在分子自由地推挤的现实世界中发生。这种想法可能会影响我们如何处理一切事物,从蛋白质折叠到奈米技术。

透过应用一种模型,模拟粒子上的电荷如何在某些条件下极化,然后将研究结果与实验结果进行比较,这些研究人员展示出凡得瓦力只有在预期要拉动时才能推动。

虽然在实际上有点复杂,但想想电子是带负电的粒子,在带正电荷的核心周围移动。当它们移动时,通常更有可能占据原子周围的某些地区多过其他地区,这要看在附近还有什么东西在推挤和撞击。

具有原子大小不匹配的分子,例如具有微小氢原子和圆胖氧原子的水,能够对共享的电子产生不平衡的拔河作用,导致在分子周围这样子的串集在一起。

要记住相同电荷的粒子彼此间具有排斥作用,「串起来」的电子使得分子的这一部分更负,所以它们拉向其他分子留下更正的地区。

凡得瓦力就像这些所谓的氢键,但发生在不太平衡的分子。不像拔河,随机在一个地区串集的电子,短暂地推开附近另一个原子上的电子,产生一个瞬间的连接。

与其他形式的化学键结相比,包括氢键,凡得瓦力并没有那么强大,而且要求分子彼此相对接近。

将分子挤压靠在一起,能够使它们的电荷密度偏移,导致分子之间彼此排斥。

大部分的凡得瓦力模型都是基于分子对在自由空间相互作用,但这些研究人员想要知道,在非高压的其他拥挤情况下,是否相同的电子重排有时候会被排斥。

分子对使用名为德鲁得振子(Drude Oscillator)的模型,来模拟在密闭空间中粒子周围的波动电荷密度。当作是以波为基础的量子系统,而不是依赖粒子的传统多体分散架构,来处理交互作用。

比起以前的解释,他们的崭新量子力学方法更符合所观察到的,证明在短距离的分子之间的微小牵引,有时候会变成偶尔的推撞,即使它们没有被挤压在一起。

这些力有时候能够产生推力不仅在学术上是有趣的,对于我们开发新药物、淡化海水技术、甚至以新的奈米形式移动分子,都可能产生影响。