矿物宝石大百科

作者简介

"松原聪 日本国立科学博物馆名誉研究员、日本矿物学会前会长、日本矿物科学会前会长、东京大学理学博士。曾受邀在早稻田大学、日本电视台晚间节目等进行特别讲座。荣获日本矿物科学会樱井奖、日本矿物学会奖励奖、日本矿物学会奖等。 宫胁律郎 日本国立科学博物馆地质学研究部部长、日本矿物科学学会会长、筑波大学理学博士。荣获日本矿物科学会奖、日本矿物科学会樱井奖等。 门马纲一 日本国立科学博物馆矿物科学研究员、日本东北大学理学博士。荣获日本矿物科学会樱井奖。"

内容简介

"六元世界的矿物—“芳踪” 除了蛋白石和水锰辉石这些非晶体矿物之外，矿物大多由晶体构成。 ●新物质准晶体的发现 长期以来，晶体被定义为原子按照一定平移对称性（周期性）进行排列的物质。 换言之，晶体是指原子在三维空间按照一定规则进行排列的物质，构成晶体的最基本的几何单元被称为晶胞。 但是，1984 年发现的准晶体却不存在平移对称性，它和非晶体不同，具有长程、有序的原子排列。准晶体的发现在科学界极具争议。 最初发现的准晶体是通过急冷凝固合金制成的，性质十分不稳定。仅有数十纳米到数十微米长，由于十分微小，一度受到质疑，被认为不属于晶体。 之后，科学家利用各种合金合成了更大的准晶体，有力地证明了准晶体这一物质的存在。准晶体的发现者达尼埃尔 · 谢赫特曼博士于 2011 年获得诺贝尔化学奖。同年，科学家们首次发现了自然界存在的准晶体矿物—“芳踪”。 ●准晶体具有理论上不可能的晶体结构 准晶体是区别于晶体和非晶体的第三种物质状态。它具有普通（周期性）晶体理论上不可能的 5、8、10、12 次及以上的旋转对称性。 一般来说，晶体仅具有 2、3、4、6 次旋转对称性，理论上不可能存在其他旋转对称性。例如自然界中存在正六方柱晶体，却不存在正五方柱晶体。这与晶体的周期性结构相关—正五边形无法铺满平面，自然也无法构成晶体。 但是，英国数学家罗杰 · 彭罗斯发现用两类不同的菱形（非正五边形）以一定规则可以填满平面，由此证明了具有 5 次旋转对称性的非周期性图形也可以实现非周期性平铺。 彭罗斯密铺的三维版本就是用两种不同的菱形六面体以一定规则填满空间。 当初，人们将这类空间密铺视为数学界专属主题，准结晶的结构和彭罗斯密铺一致，不过是在菱形的顶点放上原子罢了。所以准晶体不符合晶体的周期性要求，呈现五次对称性，具有正五角十二面体晶体结构。 ●准晶体的原子排列呈六次周期结构 彭罗斯密铺虽然不具有周期性，但存在规则性。切换一下视角，我们可以说彭罗斯密铺的规则性中隐藏着某种周期性。举个例子，同样具有规则性，但不具有周期性的一元点列图—斐波纳契数列图。 斐波纳契数列图是一种简单的作图法：首先在二元的方格中画一条具有特定倾斜角的线，然后画一道该线平行的有一定幅度的区域，最后将该区域包含的格子顶点投影到线上。此时，线上的点列符合斐波纳契数列，存在长短两种点与点的间隔（下页图中的 L 和 S）。L 和 S 的排列不存在周期性（等距）。斐波纳契数列图从一元的角度来看，不存在周期性，但从二元的角度来看确实存在周期性结构。" "矿物是地球历史的记录者，也是推动人类文明进程的使者。 当猿人从河滩上拣拾起第一块石块，学着打制成合适的工具，旧石器时代开始了。 当智人学着对打制石器进行加工、改良，发明出磨制石器，人类来到了新石器时代。 因为发现了自然铜，并学会了对自然铜进行提炼，烧制出器具、武器，青铜器时代到来了。 偶然对铁陨石进行冶炼，掌握了炼铁技术，人类开始大量开采砂铁，开启了铁器时代。 工业时代，人类通过对矿物资源的开发利用，创造出更加丰富多彩的物质文明。 随着对稀有金属的不断开发，制造出晶体管、热敏电阻等部件，我们来到了信息时代。 人类通过了解矿物、学习矿物学知识，利用矿物不断地制造出更实用、更丰富的工具，从一个文明走向更高一级的文明。 现在，请跟随本书一起潜入神秘又美丽的地下世界，开启一场有关矿物与宝石、远古与未来的精彩冒险吧！"