物理學家發現能結合與分散世界的一種力!

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自從1930年首次被描述以來,凡得瓦力(van der Waal force)被認為是最具吸引力。當分子群處於壓力之下時,只會向後推。新的研究預測,這樣的逆轉可以在分子自由地推擠的現實世界中發生。這種想法可能會影響我們如何處理一切事物,從蛋白質折疊到奈米技術。

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透過應用一種模型,模擬粒子上的電荷如何在某些條件下極化,然後將研究結果與實驗結果進行比較,這些研究人員展示出凡得瓦力只有在預期要拉動時才能推動。

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雖然在實際上有點複雜,但想想電子是帶負電的粒子,在帶正電荷的核心周圍移動。當它們移動時,通常更有可能佔據原子周圍的某些地區多過其他地區,這要看在附近還有什麼東西在推擠和撞擊。

具有原子大小不匹配的分子,例如具有微小氫原子和圓胖氧原子的水,能夠對共享的電子產生不平衡的拔河作用,導致在分子周圍這樣子的串集在一起。

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要記住相同電荷的粒子彼此間具有排斥作用,「串起來」的電子使得分子的這一部分更負,所以它們拉向其他分子留下更正的地區。

凡得瓦力就像這些所謂的氫鍵,但發生在不太平衡的分子。不像拔河,隨機在一個地區串集的電子,短暫地推開附近另一個原子上的電子,產生一個瞬間的連接。

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與其他形式的化學鍵結相比,包括氫鍵,凡得瓦力並沒有那麼強大,而且要求分子彼此相對接近。

將分子擠壓靠在一起,能夠使它們的電荷密度偏移,導致分子之間彼此排斥。

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大部分的凡得瓦力模型都是基於分子對在自由空間相互作用,但這些研究人員想要知道,在非高壓的其他擁擠情況下,是否相同的電子重排有時候會被排斥。

分子對使用名為德魯得振子(Drude Oscillator)的模型,來模擬在密閉空間中粒子周圍的波動電荷密度。當作是以波為基礎的量子系統,而不是依賴粒子的傳統多體分散架構,來處理交互作用。

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比起以前的解釋,他們的嶄新量子力學方法更符合所觀察到的,證明在短距離的分子之間的微小牽引,有時候會變成偶爾的推撞,即使它們沒有被擠壓在一起。

這些力有時候能夠產生推力不僅在學術上是有趣的,對於我們開發新藥物、淡化海水技術、甚至以新的奈米形式移動分子,都可能產生影響。

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來源:Science Alert