為什么硬的東西都是脆的？

要回答也不難，我們要先定義一下什么叫“硬”，什么又叫“脆”。所謂“硬”，就是抵抗壓強(qiáng)導(dǎo)致的形變的能力。所謂“脆”，就是忍受形變的能力很小，延展性差，稍有形變就會(huì)遭到破壞。

不過需要說(shuō)明的是，這個(gè)問題本身并不普遍成立。比如，鋼鐵硬而韌，石墨軟卻脆。這里只針對(duì)成立的情況做一些說(shuō)明。

為了說(shuō)得更清楚，我們先列舉幾個(gè)硬東西_金剛石、大理石、藍(lán)寶石、水晶、玻璃。我們?cè)倭信e幾個(gè)延展性好的軟東西_橡皮筋、塑料袋。

不知道你注意到?jīng)]有，這兩類東西最大的區(qū)別在于，硬的東西都是直接通過原子的共價(jià)化學(xué)鍵相連的（注意，玻璃不是晶體，但其內(nèi)部也是通過共價(jià)鍵相連的，只是沒有周期結(jié)構(gòu)而已），而軟的東西都通過氫鍵和分子間力拴在一起。

這樣問題就很簡(jiǎn)單了，共價(jià)鍵的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于氫鍵和分子間力，因此共價(jià)鍵很難被拉開，分子間力卻很容易被破除。在產(chǎn)生相同的形變時(shí)，以共價(jià)鍵相連的物體需要更多的功，于是表現(xiàn)得“硬”。但共價(jià)鍵本質(zhì)上是原子外層電子波函數(shù)的疊加，所以作用范圍非常小，跟原子的尺度是一樣的。也就是說(shuō)，共價(jià)鍵稍微被拉遠(yuǎn)一些就無(wú)法繼續(xù)保存了。而分子間力不要求波函數(shù)直接疊加，所以作用范圍大得多（比如橡皮筋中的分子間力主要依靠熵增）。于是，硬的東西往往比軟的東西“脆”。注意，我在這里回避了金屬鍵的軟硬問題，因?yàn)榻饘俚能浻卜治霰容^復(fù)雜，要分析具體的晶體結(jié)構(gòu)，要分析位錯(cuò)的生長(zhǎng)，以及具體的雜質(zhì)帶來(lái)的位錯(cuò)釘扎。

近的快，遠(yuǎn)的慢？

有這樣一個(gè)情景_坐在火車上透過玻璃往外看，離得越近的東西“走”得越快（比如鐵軌和路桿），而遠(yuǎn)的東西（比如建筑和樹）好像就“走”得比較慢。這是為什么？

因?yàn)樗齻儭白摺边^你視野的快慢不同。

所有這些靜止的物體相對(duì)于你的速度都是一樣的，此其一。你的視野范圍大致在一個(gè)圓錐里面，距離越遠(yuǎn)（越接近圓錐的“大頭”），你能看到的范圍就越大，此其二。

假設(shè)火車的速度是10米/秒，對(duì)于離你只有2米遠(yuǎn)的景物，你的視野是一個(gè)半徑幾米的圓，所以2米遠(yuǎn)處的路桿可以在1秒內(nèi)從你的視野中出現(xiàn)又消失；而對(duì)于離你1000米的景物來(lái)說(shuō)，你的視野是一個(gè)半徑數(shù)千米的大圓，于是這棵樹會(huì)優(yōu)哉游哉地在你眼中待上好幾分鐘。

1秒有多長(zhǎng)？

在歷史上，1秒曾經(jīng)的定義是地球自轉(zhuǎn)一圈的1/24的1/3600。后來(lái)，隨著生產(chǎn)和研究的發(fā)展，我們需要越來(lái)越精確的時(shí)間度量。地球自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間并不是很精確，她是會(huì)上下浮動(dòng)的。地球12月底自轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間比春分、秋分時(shí)長(zhǎng)了幾十秒。

那我們到底該用哪一天的自轉(zhuǎn)來(lái)定義秒呢？

所以，我們把1秒的定義改成了銫133原子基態(tài)在0K時(shí)的兩個(gè)超精細(xì)能階間躍遷對(duì)應(yīng)輻射的9192631770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間。這個(gè)時(shí)間間隔非常非常精確，而且在全宇宙都是一樣的。之所以用9192631770這么奇葩的次數(shù)，是為了和歷史上秒的定義時(shí)長(zhǎng)盡量吻合。在2018年召開的國(guó)際計(jì)量大會(huì)上，千克也由普朗克常數(shù)重新定義，定義比秒復(fù)雜得多，但是對(duì)于科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這些定義更加精確，能更好地為科研服務(wù)。