把气球在头发上蹭几下,就能吸起碎纸片;冬天脱毛衣,黑暗中能看见噼啪的蓝色火花。这些日常现象背后,是科学家研究了几个世纪却仍未完全解开的谜题:静电到底是怎么产生的?

物理学家加连·格罗斯让(Galien Grosjean)对此深有体会。他在奥地利科学技术研究所工作时,曾像照顾婴儿一样照料微小的玻璃珠——用镊子轻轻夹取,小心翼翼地放入实验装置,尽量避免任何不必要的碰撞。因为哪怕轻微的失手,都可能改变玻璃珠的性质;更糟的是,弄丢一颗,就意味着一周的工作白费了。

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“我这个人比较笨手笨脚,所以必须时刻克制自己。”格罗斯让说。如今他在巴塞罗那自治大学工作。

一次精心设计的“碰撞”

格罗斯让的实验方式很特别:他用超声波产生的声学力让玻璃珠悬浮在空中,避免直接接触。然后关掉超声波,让玻璃珠瞬间下落,与下方的平板碰撞——“乒”的一声。当玻璃珠弹起时,超声波在几毫秒内再次捕获它,完成一次“无接触接球”游戏。

这种近乎偏执的实验手法,用在静电研究上并不夸张。尽管科学家研究静电已有数百年,但当一个物体将电荷转移到另一个物体时,具体发生了什么,至今没有确切答案。格罗斯让坦言:“在大多数情况下,我们真的不知道机制是什么。”

影响无处不在,原理却说不清

静电的影响其实远超我们的想象。它被认为解释了行星(包括地球)如何从碰撞的尘埃中形成;它产生闪电,增强沙尘暴,帮助花粉附着在传粉昆虫身上。同时,它也能点燃工业火灾、阻碍药品生产、烧毁精密电子电路,甚至干扰科学实验和太空探索。

土耳其比尔肯特大学的化学家比尔格·巴伊特金(Bilge Baytekin)说:“即使工作了很多年,你仍然会觉得自己像个孩子。”她认为,静电的基本原理至今仍然缺失。

物理学家、化学家、工程师各执一词

巴伊特金和格罗斯让希望情况能有所改变。他们属于一小群致力于解开静电之谜的科学家。这个群体有些特立独行,但每个人都掌握着拼图的一部分。“物理学家对静电有自己的理解;化学家也有我们的理解;工程师则从不同的角度看问题。”巴伊特金说。

为了把这些碎片拼在一起,这群科学家今年6月聚集在美国佛罗里达州可可海滩,参加了美国静电学会的会议。会上,格罗斯让的声学悬浮等新技术,重新点燃了人们对静电基础问题的研究兴趣。美国西北大学的材料科学家劳伦斯·马克斯(Laurence Marks)表示,研究人员开始确定一些确凿的事实,并建立彼此之间的联系。

静电这个看似简单的现象,背后或许藏着比我们想象中更复杂的物理和化学机制。而解开它的那一天,可能也会带来意想不到的应用突破。