Ричард Докинз - Магия реальности. Откуда мы знаем что является правдой

Все кристаллы построены одинаковым («строевым») образом, с атомами, равномерно расставленными по фиксированной схеме, что придаёт форму всему кристаллу. Именно форму мы обычно имеем в виду под «кристаллом». Некоторые «солдаты» способны «выстраиваться» несколькими способами, создавая весьма разнообразные кристаллы. Атомы углерода, построенные одним образом, образуют легендарно твёрдые кристаллы алмаза. Но если они выстроятся по — другому, они образуют кристаллы кристаллы графита, настолько мягкого, что его используют как смазку.

Мы думаем о кристаллах как о прекрасных прозрачных объектах, и даже описываем другие вещи, например чистую воду, как «кристально чистые». Но в действительности, наиболее твёрдое вещество состоит из кристаллов, и наиболее твёрдое вещество непрозрачно. Кусок железа состоит из множества мельчайших кристаллов, сложенных вместе, каждый из кристаллов состоит из миллионов атомов, выстроенных «как на параде» подобно атомам углерода в кристалле алмаза. Свинец, алюминий, золото, медь — все состоят из кристаллов соответствующих им типов атомов. Так же камни, такие как гранит или песчаник — но они часто являются смесями множества разных типов мельчайших кристаллов, сложенных вместе.

Песок тоже кристаллический. Фактически, многие песчинки — это просто маленькие куски камня, сточенные водой и ветром. То же самое верно для грязи, с добавлением воды или других жидкостей. Часто, частицы песка и грязи уплотняются снова, создавая новые породы, называемые «осадочными» — потому что это отвердевшие осадки песка и грязи. («Осадок» — это частички твёрдого вещества, оседающие на дне жидкости, например в реке, или озере, или море.) Песок в песчанике в основном состоит из кварца и полевого шпата, двух распространённых кристаллов в земной коре. Известняк — другое дело. Это — карбонат кальция, как и мел, и он происходит из сточенных скелетиков кораллов и морских раковин, включая раковины крошечных одноклеточных существ, называемых фораминиферы. Если вы видите белый пляж, песок на нём, скорее всего, — карбонат кальция из этого же ракушечного источника.

Иногда кристаллы состоят полностью из одного типа атомов «в строю» — все атомы одного и того же элемента. Примеры — алмаз, золото, медь и железо. Другие кристаллы созданы из двух разных типов атомов, опять «в строю» в строгом порядке, например, чередуясь. Соль (поваренная соль, столовая соль) — не элемент, а соединение двух элементов, натрия и хлора. В кристалле соли, атомы натрия и хлора выстроены поочерёдно. На самом деле, здесь они называются не «атомы», а «ионы», но я не буду вдаваться в подробности, почему. Каждый ион натрия имеет шесть соседей — ионов хлора, под прямыми углами друг к другу: спереди, сзади, слева, справа, сверху и снизу. И каждый ион хлора окружён ионами натрия таким же образом. Все расположение состоит из квадратов, и именно поэтому кристаллы соли, если вы внимательно посмотрите через сильную лупу, кубические — трёхмерное обобщение квадрата — или как минимум имеют квадратные грани. Множество других кристаллов состоят из более чем одного вида атомов «в строю», и многие из них находятся в камнях, песке и почве.

Кристаллы твёрдые, но не все на свете твёрдое. У нас есть ещё жидкости и газы. В газах молекулы не сцеплены друг с другом, как в кристаллах, а свободно носятся в доступном пространстве, перемещаясь по прямым, как бильярдные шары (но в трёх изменениях, а не в двух, как на плоском бильярдном столе). Они несутся, пока не стукнутся о что‑то, например другую молекулу или стенку сосуда, тогда они отскакивают, опять как бильярдные шары. Газы можно сжать, что показывает, что между атомами и молекулами полно места. Когда вы сжимаете газ, вы чувствуете сопротивление. Закройте пальцем выход велосипедного насоса и толкайте поршень — вы почувствуете сопротивление. Если вы не отпустите палец, то поршень отскочит назад, как только вы его отпустите. Сопротивление, которое вы чувствуете, называется «давление». Давление — это результат того, что миллионы молекул воздуха (смесь азота, кислорода и ряда других газов) в насосе бомбардируют поршень (и все другие части насоса, но поршень — единственная часть, которая может двигаться в ответ). При более высоком давлении «бомбардировка» происходит чаще. Это же произойдёт, если то же число молекул газа заключают в меньшем объёме (например, когда вы нажимаете на поршень велосипедного насоса). Это же произойдёт, если вы повысите температуру, что заставит молекулы носиться быстрее.