软物质
自组装
/ SELF uh-SEM-blee /
想象把一盒小磁铁倒进碗里晃一晃——结果发现,它们竟自己啪地拼成了一个整齐的环或一条链,你一颗都没去摆。零件这种无需建造者、无需图纸便自我组织起来的奇异本领,就是自组装。
当许多小的组成单元,仅凭它们彼此之间的作用力和热不停的推搡,便自发地排布成一种有序结构时,自组装就发生了。每个零件都被某些邻居吸引、又被另一些排斥,它们在抖动之中,不断安顿到最“舒服”的那种排布里——也就是让整体能量最低的那种,或者出人意料地,有时是让整体无序度最高的那种。这里没有中央计划;有序,是从每个零件同时遵循的局部规则中涌现出来的。
自组装之所以重要,是因为大自然几乎所有微小之物都是这样造出来的,从细胞膜到DNA的螺旋;工程师也指望靠它造出能“自己长出来”的材料。一个常见的误解是,以为有序只能来自一位设计者去一一精心摆放每个零件。诚实而美妙的要点在于:在恰当而简单的规则下,精巧的结构完全可以全凭自己出现。
把肥皂分子丢进水里,它们立刻就自组装成一个个叫做胶束的小球,把厌水的尾巴藏在里面。没有谁去摆布它们——每个分子只是各自寻找那个能让油性尾巴躲开水的位置,而一个整齐的小球,就是这种集体行为的结果。
水中的肥皂分子自发聚成球形胶束——无需任何建造者。
自组装既不是魔法,也没有违背物理:最终的结构,就是在给定的相互作用和温度下,组成单元最容易落进去的那种排布——条件一变,组装出来的可能就是一种完全不同的结构。
又称
另见