軟物質
自組裝
/ SELF uh-SEM-blee /
想像把一盒小磁鐵倒進碗裡晃一晃——結果發現,它們竟自己啪地拼成了一個整齊的環或一條鏈,你一顆都沒去擺。零件這種無需建造者、無需圖紙便自我組織起來的奇異本領,就是自組裝。
當許多小的組成單元,僅憑它們彼此之間的作用力和熱不停的推搡,便自發地排布成一種有序結構時,自組裝就發生了。每個零件都被某些鄰居吸引、又被另一些排斥,它們在抖動之中,不斷安頓到最「舒服」的那種排布裡——也就是讓整體能量最低的那種,或者出人意料地,有時是讓整體無序度最高的那種。這裡沒有中央計劃;有序,是從每個零件同時遵循的局部規則中湧現出來的。
自組裝之所以重要,是因為大自然幾乎所有微小之物都是這樣造出來的,從細胞膜到DNA的螺旋;工程師也指望靠它造出能「自己長出來」的材料。一個常見的誤解是,以為有序只能來自一位設計者去一一精心擺放每個零件。誠實而美妙的要點在於:在恰當而簡單的規則下,精巧的結構完全可以全憑自己出現。
把肥皂分子丟進水裡,它們立刻就自組裝成一個個叫做微胞的小球,把厭水的尾巴藏在裡面。沒有誰去擺布它們——每個分子只是各自尋找那個能讓油性尾巴躲開水的位置,而一個整齊的小球,就是這種集體行為的結果。
水中的肥皂分子自發聚成球形微胞——無需任何建造者。
自組裝既不是魔法,也沒有違背物理:最終的結構,就是在給定的相互作用和溫度下,組成單元最容易落進去的那種排布——條件一變,組裝出來的可能就是一種完全不同的結構。
又稱
另見