第一次人工物相合成顺利结束。
在相铸厂控制中心的产品接收室内,一块刚刚诞生的全新物质通过磁悬浮通道,被无声地运送到众人面前的展示台上。
索隆、格莉默、安洁莉卡等人都好奇地围了上来。
“这就是……气凝钢?”安洁莉卡看着眼前的造物,语气中带着一丝难以掩饰的惊讶。
呈现在众人面前的,是一种带有微弱金属光泽的半透明固体。
由于其内部的相锁键能级被设计得极低,它几乎不会产生任何可见的内部辉光,整体呈现出一种淡灰色,如同被瞬间固化、极其坚硬的烟雾。
“是的,超氢金属系的其中一种材料,以低密度为主要设计方向的气凝钢。”白牧辰开始为众人介绍这种新材料的惊人性能。
“密度为0.5 kg\/m3,比我老家地球海平面空气密度的一半还要轻,一大块气凝钢拿在手中给人的感觉几乎没有重量。”
“它的刚度是钻石的1.5倍,抗拉强度则达到了20Gpa,是顶级特种钢材的10倍以上,与碳纳米管的强度处于同一水平,一根手指粗细的气凝钢缆绳足以吊起一整支航母战斗群。”
“以上是气凝钢的基础机械性能,为了达到超低密度,它牺牲了很多其它方面的强度。”
其它超氢金属材料密度更大,但机械性能也更强一些。
众人闻言,不由得倒吸一口凉气。
虽然对于这些见多识广的星际文明来客而言,这些参数并非完全无法企及。
通过极致的纳米材料工程,比如制造完美的碳纳米管,可以在个别参数上接近甚至超越气凝钢。
但是,要在同一个宏观物体上,同时实现气凝钢所有这些逆天的机械性能,是传统材料学几乎不可能完成的任务。
而这还不是最恐怖的地方。
最恐怖的是,相锁材料的这些性能都是可以人工设计的,是根据需求自选的。
而纳米材料的性能则由其原子结构决定,没有太多选择的余地。
“那这种材料……有什么缺陷吗?”发问的是索隆,他伸出手,小心翼翼地轻抚着那块半透明的坚硬固体。
“缺陷?当然有,而且非常致命。”白牧辰点了点头:“相锁材料最怕的就是以点破面。”
为了讲清楚原因,她决定为众人深入讲解其背后的物理原理。
“传统材料的边界由化学键的性质所限定,但人工物相材料遵循着一种全新的物质结合机制——相锁键。”
“与依赖粒子间直接相互作用的化学键不同,相锁键是一种由宏观序参量场在发生自发对称性破缺后,通过与标准模型粒子耦合,从而将物质锁定于一个全新且稳定的低能势阱中的有效力。”
“相锁物质的性质不仅取决于其组成,更取决于其所处的真空背景。前面提到过,相锁材料是在物质内部创造了一个非平凡真空。”
白牧辰调出了一系列复杂的物理公式,在全息屏幕上展示给众人。
“相锁材料系统的完整动力学由总拉格朗日量密度 L_total 描述,它由三部分构成:L_total = L_Φ + L_Sm + L_int”
“L_Φ是序参量场Φ自身的动力学项,L_Sm是标准模型的拉格朗日量,而L_int,也就是相互作用项,是相锁键物理学的核心,它描述了Φ场如何与标准模型耦合。”
“当Φ场经历自发对称性破缺,获得一个非零的真空期望值?Φ? ≠ 0时,它会通过相互作用项L_int,为物质粒子凭空创造或修改一个全新的有效势能环境,将它们锁入其中。”
“材料的杨氏模量,也就是硬度,正比于这个势能阱底部的曲率,而材料的韧性则与从基态跃迁到无序态所需跨越的势垒高度相关。”
“相锁键的断裂是一种剧烈的相变过程,称之为失相级联。”
“当材料的局部区域因为承受了超过其阈值的冲击而失相,也就是Φ场重新归零时,会触发一个相变前沿向外高速传播。”
“这个过程由一个含时演化方程□Φ + Γ?_tΦ + V(Φ) = 0描述,其解描述了一个拓扑缺陷,也就是相边界的失控扩展,这个过程伴随着相锁键总结合能的瞬间释放,最终将整块材料返祖为原始的无序组分。”
“也就是说……”在场众人大部分都一脸懵逼,只有格莉默这位有着工程学专长的科学家听懂了:“相锁材料只有完整这一种状态,只要注入的能量超过了相锁键的阈值,整块材料都会炸上天去?”
“嗯,相锁材料是一个宏观量子系统,是不可使用传统手段分割的整体,要么完好,要么彻底崩解,没有中间状态。”
安洁莉卡也理解了其中的关键:“所以只要局部受到一次高能量攻击,整块材料都会损坏?因为相锁材料局部等价整体?”
索隆则更关心那个阈值的具体数值:“那……需要多大的能量才能以点破面打坏这块材料?”
“这个能量被称为该材料的微观失相能级。”白牧辰给出了答案:“对于气凝钢来说,是4.7keV。”
“有点低了!”格莉默脱口而出:“这不就相当于普通x射线的能量吗?一次强烈的恒星耀斑都可能直接摧毁它!”
宇宙并非一片温和的真空,恰恰相反,它是一个充满了高能粒子横行的危险环境。
源自超新星爆发、活动星系核的宇宙射线,以及恒星风暴抛出的高能带电粒子,无时无刻不在以接近光速的速度穿行于星际空间。
一粒微不足道的质子,在经过漫长的加速后,其携带的动能都可能轻易地超过4.7keV这个看似微小的阈值。
这意味着,一块没有任何防护的气凝钢如果被直接暴露在深空之中,它将无时无刻不面临着被一粒偶然路过的高能粒子击中,并引发灾难性失相级联的风险,最终在瞬间化为一团炽热的等离子体云。
白牧辰坦然地承认了这一点:“确实如此,不过问题不大。”