科技之窗（第五十八期）

第四章物质与能量

19.人类历史上不少人想制造永动机，为什么都失败了？

人们把不消耗任何能量而持续不断对外做功的机器叫做永动机。这种机器违反了能量守恒定律，因为能量无法凭空产生也不会凭空消失，要持续对外做功就必须不断补充能量。还有一种永动机，是在没有温差情况下从自然界中不断吸取热量转变为机械能。它虽然不违背能量守恒定律，但违背了热力学第二定律——机械能可以100%转化为内能，但内能却不可能完全转化为机械能而不引起周围其他任何变化。因此，永动机是不可能被制造出来的。

20.什么是纳米技术，纳米材料有什么用处？

纳米(nm)是一种长度单位，1nm等于一米的十亿分之一。一根头发丝的直径大约就是6万nm~8万nm。纳米技术就是在1nm~100nm长度范围内，把原子、分子和粒子组装成新材料的技术。通过纳米技术获得的材料称为纳米材料。纳米材料与普通材料相比，有一些独特的性质，在日常生活、医学、工农业生产、信息技术等领域发挥着重要的作用。例如，碳纳米管直径仅为头发丝的五万分之一，密度只有钢的六分之一，而强度却是钢的100倍，可用来制作防弹衣；人体血液中血红球的大小为6000nm~9000nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，可以在血液中自由活动；如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入到人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，比传统的打针、吃药效果更好；在毛衣里面加入金属纳米颗粒，既可防静电又可防水；采用纳米涂层的冰箱和洗衣机具有更好的除菌性能；陶瓷脆弱易碎，而纳米级的陶瓷却具有很好的韧性和延展性；采用碳纳米管和石墨烯制成的晶体管，具有高效率低能耗的特点等等。

21.牛顿力学是因为苹果砸中牛顿而发现的吗？

有一个故事，说的是牛顿被落下的苹果砸中后，灵感突现，结果发现了万有引力定律。其实问题并非如此简单。早在牛顿之前，就有不少科学家对物体的运动进行了研究，并取得了丰富的成果。例如，伽利略通过理想实验得出“物体在水平面上做匀速运动不需要外力来维持”，开普勒则根据大量观测数据，推算出行星运动的开普勒定律。牛顿在前人大量实验数据、研究成果和研究方法的基础上，归纳、推理，应用理论指导实验，再用实验检验理论，最后发现了万有引力定律和牛顿第一、第二、第三定律。因此，发现牛顿力学定律是几代科学家致力于力学研究的结果，跟苹果是否砸中脑袋没有必然的因果关系。

22.隐身人能从传说走向现实吗？

我们之所以能看见物体，是因为照射到物体上的光波被反射回我们眼睛里。如果在物体表面覆盖一层既不能反射又能让光波绕过的物体沿原方向传播的超材料——隐形材料，就无法看见该物体了。据报道，英国科学家研究出一种“智能布料”，用其制作的服装就能实现隐身。因此，隐身人已经不再是科幻和梦想。其实，隐身技术早已应用于军事领域。例如，我国制造的歼20隐形战机，通过隐形材料和特殊外形设计，可避开敌方雷达的探测，提高突防作战能力。隐形飞机的隐形并不是肉眼看不到，而是让雷达无法侦测到飞机的存在。当然，如何在民用领域应用隐身技术，还需要深入研究。如果任何人都可以隐身，也会带来许多社会问题。