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珍珠为什么能够形成完美的球体

发布时间:2019-07-21 08:55:47

我们知道珍珠是如何在贝类体内形成的,但有的珍珠为什么能够形成完美的球体?一种新的理论认为,珍珠的特殊结构使得它们能够在贝类体内自然转动。

大多数珍珠的形状属于“旋转体”,这是一种旋转对称的立方体,是由曲线围绕一个轴心旋转形成的。这些旋转体大致上是球形或卵形,但还有很多珍珠形状不规则,就像是用车床做出来的一样。

实际上,科学家最近证实了珍珠养殖者的观点。后者长期以来一直认为,外形呈旋转对称的珍珠的确是“转动的”,也就是说,珍珠在贝类柔软的体内是边生长边转动的。2005年发表的一份报告称,珍珠通常大约20天转一次。这就可以解释珍珠为何呈旋转对称。

但珍珠为什么会转动?研究晶体生长的专家、目前在西班牙研究理事会任职的朱利安•卡特赖特和他的同事提出了一种可能的解释。

真珠质是一种奇妙的物质。它主要是由文石构成,而文石是一种碳酸钙。真珠质一层层地沉积在贝类体内,并与由蛋白质和甲壳素构成的柔软有机薄膜“粘合”在一起。这种复合的结构使得真珠质既非常坚硬,又具有韧性,这使得材料学家寻求合成与真珠质类似的人工合成物。

真珠质是由创造贝壳的同一种细胞分泌的化学物质构成的。几层同时生长,从而在珍珠表面留下了可以用显微镜看到的阶梯。卡特赖特和他的同事认为,这些阶梯揭示了珍珠旋转的关键所在。

他们说,随着新的碳酸钙离子或蛋白质分子粘合在阶梯上,变成不断生长的真珠质晶体的一部分,这些离子或分子释放出能量,使珍珠表面温度升高。周围的水分子从阶梯边缘反弹时,带走了热能。根据动量守恒原理,水分子在带走热能时创造了反方向的作用力。

如果珍珠表面的阶梯是无规律排列的,那么这些作用力可能会相互抵消。然而,这些阶梯在珍珠表面就像地球上的经线一样平行排列,这使得珍珠形成了像齿轮一样的外表。由于这种齿轮状外表,温热的水分子所带来的微小作用力全都朝着同一个方向,从而使生长中的珍珠旋转。研究人员估计,对直径为1厘米的珍珠而言,推动其旋转的作用力大约为0.1牛顿,相当于一颗草莓的重量。

研究人员承认,他们的理论仍然存在不足,但他们说,这种想法或许可以用来制造小型的自动旋转发动机。

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