72、既然宇宙在不断衰亡，那它开始时是怎样兴起的？
关于这个问题，我们所能给出的最可靠的答案是：谁也不知道。就我们所知道的情况而论，我们只能够说，一切变化都朝着熵增大的方向、朝着无序程度增大的方向、朝着无规性升高的方向、朝着衰老的方向进行。然而，宇宙曾经一度占有一个很高的地位，才能使它在几亿亿年里一直这样衰亡下来。但是，它是怎样达到那样高的地位的呢？
我能够想出三个可能的答案，这三个答案都仅仅是猜测而已。
（1）宇宙中所产生的各种各样的事物，我们并不全都知道。我们所观察到的变化，确实全部是朝着熵增大的方向进行的。不过，也许在宇宙的某些地方，可能有一些变化在我们还无法进行研究的条件下，是朝着熵减小的方向进行的。在这种情况下，宇宙作为一个整体，就有可能一直维持下去了。这就是说，我们所能观察到的、似乎在衰亡的，只是宇宙的一小部分，而在其他地方却在发生着可以抵消这种衰亡的上升运动。
（2）假定宇宙在任何地方都没有发生熵减小的情况，因而它一直衰亡下去。在熵达到最大值时，宇宙中的所有能量全部均匀分布，因而时间就既不会向未来，也不会向过去推进，但是，所有能量都仍然存在，而宇宙中的所有原子全都占有这些能量的一部分，所以它们会进行无规运动。
这样一来，通过这种完全无规则的运动，可能有一定数量的能量偶尔集中在宇宙的某一部分，也就是说，通过无规运动，又一次产生了一定的秩序。不过，一旦发生了这种情况，那一部分宇宙就会再一次开始衰亡。
很可能，熵达到最大值是巨大的无限宇宙的正常状况，要经过很久很久的时间（这是指我们通常的时间尺度）才发生一次能量集中，并且每一次又只有很小一部分宇宙获得某种秩序，而我们现在就恰好处在这样一小部分宇宙中。
（3）也许，宇宙中的熵似乎在不断增大的唯一原因，只不过是由于目前宇宙碰巧在膨胀着。在这种条件下，比较可能实现的只能是无序排列，而不是有序排列。
有些天文学家认为宇宙不会永远膨胀下去。最初的一次爆炸使得它四分五裂，但是，宇宙各个部分之间通过万有引力互相吸引，可能会逐渐降低它的膨胀速率，可能让它的膨胀停止下来，然后还可能缓慢地迫使它重新开始收缩。而在收缩着的宇宙中，很可能是比较有序的排列会变得比无序排列更容易实现。这就是说，那时的自然变化将朝着有序程度比较高的方向进行，因而熵就会不断减小。
如果情况真的是这样，那么，当宇宙膨胀时，它就会不断衰老，而当它收缩时，它就会再一次复兴，并且，它可以没完没了地一次又一次这样反复进行下去。
如果我们考虑到“黑洞”的话，就甚至还可以把第一个猜测与第三个猜测结合起来。黑洞是质量极其集中、引力极其强大的区域，因此，每一种东西都会落入黑洞中去，没有任何东西——甚至包括光在内——能够从黑洞中跑出来。它们是收缩宇宙的一个极小的样板；也许，在这些黑洞里，热力学第二定律被颠倒过来了。因而尽管宇宙的大多数区域是在衰亡，但在黑洞里却在逐渐复兴呢。

74、当物质被加热时，它会发出红光，然后由橙变黄。但是，此后它就变成发白光。为什么它不按照光谱的顺序
任何一个物体，只要它的能量比绝对零度高一些，就会辐射出电磁波。如果它的温度非常低，它就只辐射出波长很长、能量非常低的无线电波。随着温度的上升，它所辐射出的这种波就越来越多，但同时也开始辐射出波长比较短（能量比较高）的无线电波。当温度继续升高时，就开始辐射出能量还要更高的微波，然后就是红外线了。
这并不等于说，在某一温度下只辐射出长波无线电波，而在某一较高的温度下只辐射出短波无线电波，然后只辐射微波，以后又只辐射红外线。实际上，整个辐射波长范围都被辐射出来了。不过，存在着一个辐射的峰值——辐射量最大的波长区；在这个峰值的两侧，辐射量都比较小：在低能量的一侧辐射量比峰值少；而在高能的一侧则更少。
当物体的温度达到人的体温（37℃）时，辐射的峰值处在远红外区域。人体同样也在发射着无线电波，但是，波长最短、能量最高的波长总是最容易探测到的，因而也是最引人注目的。
一旦温度达到600℃左右，辐射的峰值就处在近红外区域了。不过，这时在峰值高能一侧的小量辐射已经变得特别重要了，因为这些辐射已进入可以看到的红光区域。因此，被加热的物体就会发出暗红色的光。
这种红光在总的辐射量中只占很小的百分比，但是，我们碰巧能够看到它，因而就把全部注意力都集中在这种红光上，并且说那个物体是“红热”了。
当温度再上升时，辐射的峰值继续向波长更短的方向移动，因而就发出数量越来越多、波长越来越短的可见光。这时尽管辐射出的红光更多了，但辐射中又添进了数量不多却很重要的橙光和黄光。当达到1,000℃的时候，这些色光的混合使我们的眼睛产生橙光的印象，而到2,000℃的时候，则产生黄光的印象。这并不等于说，在1,000℃时只辐射出橙光，在2,000℃时只辐射出黄光。要是这样的话，接下去我们确实就会看到“青热”的情形了。但是我们所看到的其实是各种色光的混合。
当温度达到6,000℃（即太阳的表面温度）时，辐射的峰值处在可见的黄光区域内，这时我们看到了大量的可见光——从紫光到红光统统都有。这整个可见光区使我们的眼睛产生白光的印象，结果，太阳就成为“白热”了。
当物体比太阳还要更热时，它继续辐射出各种波长的可见光，并且数量还要更多一些。不过，这时辐射的峰值已移到蓝光区域，因此，我们的眼睛会觉得这些色光的混合不很平衡，在白光中还带点蓝色。
以上所说的是那些被加热时能以很宽的波长范围发出“连续谱”辐射光的物体的情形。有些物质在特定条件下只能辐射出某些波长的光，硝酸钡在被加热时会辐射出绿光，因而在礼花中利用它来达到发绿光的效果。如果你愿意的话，你不妨管这叫做“青热”。

75、什么是偏振光？
光可以看作是由一些微小的波构成的。这些波可以在任何一个平面上振动。在一个特定的光束中，有些波可以上下振动，有些波左右振动，有些波则沿对角方向振动。它们的振动方向可能均匀地分布在所有各个方向上，没有一个振动平面占优势或者在光波中比其他平面占有更大的份额——普通的太阳光或电灯泡的光都是这样。
可是，现在让我们设想光穿过一块透明的晶体。晶体是由排成规整的行列和平面的原子或原子团构成的。因此，光波会发现，当它的振动平面恰巧能塞进两个原子平面之间时，它就很容易通过这块晶体。要是它的振动平面与原子的平面成一个角度，它就会撞在原子上，因此，光波就要消耗很多能量方能继续振动下去。这样的光会局部或全部被吸收掉。
你可以用下面的办法想到这是一种什么景象：试想像你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。好了，如果你现在拿绳子上下波动，这些波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。这时，那座篱笆对你的波来说是“透明的”。但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了。
有些晶体能够强迫光波把所有能量分成两束分离的光线。这时振动平面就不再均匀分布了。在其中的一个光束中，所有的波都在一个特定的平面上振动；而在另一个光束中，所有的波都在与第一束光的平面成直角的平面上振动：不可能出现任何对角方向的振动。
当光波被迫在某一特定的平面上振动时，我们就说这样的光是“面偏振光”，或简单地称它为“偏振光”。而朝着所有各个方向振动的普通光都是“非偏振光”。西方国家把偏振光称为“极化光”。
为什么叫做“极化光”呢？当这种现象在1908年第一次定名时，那个发明这个名称的法国工程师马吕斯关于光的本性有一个错误的理论。他认为，光是由一些像磁铁那样有南北极的粒子组成的。他想，那种从晶体中穿过的光，可能是南北极的方向全部相同。这种想法后来被证明是错的，但那个名称却已被人们牢牢地记住，无法再改变了。
当一块晶体产生偏振平面各不相同的两束光时，这两束光具有稍稍不同的性质。它们在通过晶体时所受到的偏折的大小可能不一样。因此，我们可以想法设计出一块晶体，让它把一束光完全反射掉，而只让另一束光全部通过它。
在利用某些晶体时只有一束光能通过，是因为另一束光被吸收掉而转化为热。偏振眼镜片（它是在塑料中嵌入许多细小的这类晶体）就是以上述方式吸收掉许多光，由于这种镜片着色，吸收掉的光就更多了。这种镜片就是这样消除眩目的强光的。
当偏振光通过含有某种不对称分子的溶液时，它的振动平面会被扭转一个角度。化学家根据这种扭转的方向和角度的大小，就能够对这种分子的真实结构做出许多推断，特别是对于有机化合物的分子更是如此。正因为这样，偏振光对于化学理论来说，一直是极其重要的。

76、光能够对物质施加力吗？
光束含有能量，当它投射到一个不透明的物体上并被吸收时，能量就会发生某种变化。其中的大部分转换为热，也就是说，构成不透明物体的粒子在获得光能之后，就开始更加快速地振动。
然而，光束能够对不透明的物体施加直接的力吗？光束能够把它的运动传给那个吸收它的物体吗？一个运动中的大而重的物体对任何阻挡在它前进道路上的东西的影响是明显的。滚木球戏中的滚球击中了一个柱，就会使它飞起来。但光由无质量的粒子所组成，它仍然能够把它的运动传递给物质，并对物质施加力吗？
早在1873年，苏格兰物理学家麦克斯韦就从理论上研究了这个问题。他指出，光即使是由无质量的波所组成，也仍然会对物质施加力。这种力的大小取决于运动光束中每单位长度所含的能量。有一件令人注目的事。假定你有一个手电筒，你将它正好开一秒钟。它在这一秒钟内发射的光含有大量的能量，但就在这一秒钟内，发射出的光的第一部分已经走了约30万公里。手电筒在一秒钟内所发出的全部光就分成那样长的一道光束，所以，这道光束中每一米或甚至每一公里长度中的能量确实是很小的。
正是由于这个原因，在通常情况下我们并不觉得光对物质有任何作用力。
不过，假定你取一根轻的横杆，在横杆两端各有一个平圆盘，然后用一根细石英丝拴在横杆的中央，把它悬吊起来。在一圆盘上施加极小的一点力，就会使横杆围绕着石英丝扭转。如果一道光束照在一个圆盘上，那么，只要这道光束对圆盘施加了力，这个横杆就会旋转。
当然，如果稍有一点微风推动着圆盘，那么，光束的这种微小的力就会被掩盖起来，所以整个装置必须封闭在一个小室内。就连空气分子碰撞圆盘所产生的力也会比光力大得多。
因此，这个小室必须抽成高真空。完成了这样的设施并采取了某些其他的预防措施之后，当一道强烈的光束照射在圆盘上时，就有可能测出圆盘位置的微小移动。
1901年，两位美国物理学家尼科尔斯和赫尔在达特默思学院完成了这样的实验，证明光确实能产生一种力，这种力的大小正好同二十八年前麦克斯韦所预言的差不多。几乎与此同时，俄国物理学家列别捷夫用稍微复杂一点的装置，也证实了这种情况。
这种“辐射压力”的存在被证实以后，天文学家相信这种压力说明了关于彗星的某种有趣的现象。彗星的尾部总是指着背离太阳的方向，当彗星接近太阳的时候，彗尾就拖在后面。当彗星最接近太阳并绕着太阳运动时，它的尾部就来回摆动。然后，当彗星离开太阳时，它的尾部却跑到它的前面去了。于是天文学家就这样想：“啊哈，这就是辐射压力！”
大约有半个世纪，他们一直认为这是真实的，但是他们错了。太阳光的辐射压力并不够强，把彗星尾部推向背离太阳的方向的是太阳风。

77、红光通过棱镜时的变化最小，而在通过衍射光栅时变化最大，为什么会有这种差别？
光可以看作是一种波动，普通的太阳光则是几种不同波长的波的**。不同波长的光在我们的视网膜上产生不同的效应，正是这些效应给我们以颜色的感觉。在可见光中，红光的波长最长，其次是橙光、黄光、绿光、蓝光，最后是波长最短的紫光。
当光离开空气进入玻璃、水或其他透明介质时，它的速度就减慢。如果一道光束从右面以倾斜的角度投在一块玻璃上，那么，最先射在玻璃上的光束的右侧就会先减慢速度。有那么一瞬间，光束的右侧缓慢地运动，而左侧则继续以全速前进，结果，当光束进入玻璃时就会改变方向，这就是“折射”。
如果一队士兵从一条平坦的公路斜着向犁过的田地行进，就会发生同样的情况。队列中靠近田地那一侧的士兵会先到达地里，并且先减慢速度。除非有意识地去防止这种情况，否则这个队列在进入地里时就会改变方向。
地里的减速效应，是由于难以从松土中拔出腿来的缘故。
一旦拔出腿来，在地上空气中挥腿的速度就像在公路上一样快了。这就意味着，一个长腿士兵，由于他跨的步子比短腿士兵的要长些，在给定的距离内与地面接触的次数要少些，因此减速也就少些。一列长腿士兵行进方向的改变要比一列短腿士兵少一些。
在这方面，长波红光类似于长腿士兵，它的减速小于其他任何一种可见光。因此，它的折射最小。紫光当然折射最大。
衍射则涉及完全不同的原理。一种波动能够自由绕过尺寸不大于这种波的一个波长的障碍物继续前进。障碍物越大，波就越难绕过它。
光的波长非常短（约为1/125,000厘米），因此，光不能明显地弯曲绕过普通的障碍物，而只能沿直线从它们旁边经过，并产生清晰的阴影。声波要长得多，它的本质与光波完全不同。这就是为什么你绕过拐角也能听到声音，但不能绕过拐角看见东西——至少不用镜子是看不见它的。
衍射光栅是由许多极细的暗线条彼此平行地刻划在透明底板上所组成；这种暗线条非常细，因此，甚至很短的光波在它们附近通过透明区时，也能少量地绕过它们。这就是“衍射”。
很清楚，光的波长越长，暗线的阻碍作用就越小，光也越能绕过它们。长波的红光最能绕过暗线，因此衍射最大。紫光的衍射当然最小。
折射棱镜和衍射光栅都会产生“彩虹”或光谱。然而，折射光谱同衍射光谱相反。从光原来的方向线依次向外看，折射光谱是：红、橙、黄、绿、蓝、紫。衍射光谱是：紫、蓝、绿、黄、橙、红。


78、当两道光束互相干涉并产生暗区时，能量发生了什么变化？
光束可以认为是由一列波所组成的。如果两道光束以一个小角度相遇，那么，一道光束的各个波可能与另一道光束的各个波以这样的方式相遇，就是：一个波的向上运动恰好碰上另一个波的向下运动，反过来也是这样。这时两个波就相互“干涉”，并且部分或甚至全部相互抵消。结果，两个波以这种方式结合起来所产生的光，其强度小于这两个波中任何一个波单独产生的光的强度。
但是每个波列都代表一定的能量。如果一个波抵消另一个波，在原来存在着光的地方造成暗区，那么，这是不是意味着能量消失了呢？
当然不是！物理学的基本定律之一就是能量不灭，这就是“能量守恒定律”。在干涉中、某些能量不再以光的形式存在。这样，就必定有完全相等的能量以某种其他形式存在。
组织得最差的能量形式就是构成物质的粒子的无规则运动，我们把它称为“热”。当能量改变形式的时候，总是倾向于失去组织性，因此，当能量似乎已消失的时候，最好是去寻找热，寻找比以前更高的速度作无规则运动的分子。
光发生干涉时的情况就是如此。从理论上说，你可以这样安排两道光束，让它们完全干涉。这时，让这两道光束投射到一个屏幕上，屏幕会完全黑暗。但是在这种情况下，屏幕就会变热。能量并没有消失，它只是改变了形式而已。
下面的情况属于同样的问题。假定你给一个钟上紧发条，那么，这个发条就比没有上紧的同样的发条含有更多的能量。
现在假定你让这上紧的发条溶化在酸中。这时，能量发生了什么变化呢？
这时能量同样转化为热。如果你在开始时拿出两杯温度相同的酸溶液，然后让未上紧的发条溶化在一杯酸溶液中，而让上紧了的发条溶化在另一杯酸溶液中（把两杯溶液互换也是一样），结果，溶解了上紧发条的溶液的温度会比溶解了未上紧发条的溶液高一些。
一直到1847年，在物理学家彻底了解了热的性质之后，能量守恒定律才被人们所理解。
从那以后，由于坚信这个定律，人们才对一些基本现象有了新的了解。例如，在放射性嬗变中所产生的热比十九世纪物理计算所预料的要多，到爱因斯坦提出了他的著名方程E＝mc2，表明物质本身是一种能量形式之后，这个问题才得到解决。
同样，在某些放射性嬗变中所产生的电子的能量太少了。1931年，泡利并不认为这种现象违背了能量守恒定律，而且提出了这样的看法：这时不但产生了电子，还产生了另一种粒子——中微子，中微子带走了其余的能量。他的看法是对的。
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79、什么是科里奥利效应？
如果一个物体是静止的，或者相对于某一固定点作恒速运动，那么，在这个物体上运动是不会出现什么问题的。如果你想从物体一端的A点沿着一条直线走到另一端的B点，你在走的过程中不会感到有任何困难。
但是，如果一个物体的不同部分以不同的速度运动，那么，情况就大不一样了，假定有一个旋转游戏台或者任何一个绕其中心旋转的平台。整个平台的整体在旋转，但在中心附近的一点画出一个小圈，因而在缓慢地运动，而靠近外缘的一点则画出一个大圈，因而在快速地运动。
假定你站在中心附近的那个点上，想要直接从中心出发的一条直线上走向靠近外缘的那个点。在中心附近的出发点上，你取得了该点的速度，缓慢地运动。但是，当你向外走时，惯性效应使你保持缓慢运动，不过，当你越往外走的时候，你脚下的台面转动得越快：你本身的慢速和台面的快速的结合，使你觉得你在被推向与旋转运动相反的那个方向去。如果旋转游戏台是在反时针方向转动，你就会发现，当你向外走时，你的路线越来越明显地顺时针方向弯曲。
如果你从靠近外缘的一点出发向内行进，你就会保持着出发点的快速运动，但你脚下的台面运动得越来越慢。因此，你会觉得你在旋转方向上被越推越远。如果旋转游戏台是反时针方向运动，那么，你的路线会再次越来越明显地顺时针方向弯曲。
如果你从靠近中心的一点出发，向靠近外缘的一点走去，然后回头向靠近中心的一点走去，而且沿着阻力最小的路径前进，你就会发现，你走的路径大体上是一个圆形。
法国物理学家科里奥利于1835年第一次详细地研究了这种现象，因此这种现象称为“科里奥利效应”。有时也把它称为“科里奥利力”，但它并不真是一种力；它只不过是惯性的结果。
科里奥利效应在日常生活中最重大的意义，是同旋转着的地球有关。地球表面赤道上的一个点，在24小时内划一个大圆圈，因此它是在快速地运动）如果我们从赤道出发，越向北（或向南）走，那么，地面的一个点在一天之内划出的圆圈就越小，它也运动得就越慢。
从热带向北流动的一阵风或一般海流，起初随着地球的旋转，从西向东转动得非常快。当它向北流动时，它保持着它的速度，而地表的运动速度却越来越小。因此，风或海流就会超过地表，并且越来越向东沿着曲线前进。最后，风或海流就在北半球顺时针方向划一个大圆圈，而在南半球则反时针方向划一个大圆圈。
正是这种造成曲线运动的科里奥利效应，在更加集中（因而更加有力）时，就会形成飓风，如果还要更加集中和更加有力，就会形成龙卷风。

80、声音在密度高的物质中（例如在水或钢中）要比在空气中传播得快；但它在暖空气中又比在冷空气中传播得
这是不是自相矛盾呢？
我们耳朵听到的声音，是由传播声音的原子或分子构成的媒质的振荡运动带来的振动所引起的。振动把附近的分子推到一起，并压缩这些分子。被压缩的分子在分开时，就在邻近区域引起压缩，这样，这种压缩区似乎是从声源向外传播，压缩波从声源向外传播的速度，就是声音在该媒质中传播的速度。
声速取决于构成物质的分子的固有运动速度。例如，一旦空气的某一部分受到压缩，分子就会由于它们自身固有的无规运动再次分开，如果这种无规运动是快速的，那么受压缩部分的分子就会迅速分开，并快速地压缩邻近部分的分子。邻近部分的分子也快速分开，并快速地压缩下一部分。于是，总的说来，压缩波就很快地向外传播，因此声速就高。
凡是能提高（或降低）空气分子固有速度的东西，都会提高（或降低）空气中的声速。
巧得很，空气分子在较高的温度下比在较低的温度下运动得快些。正是由于这个原因，声音在暖空气中比在冷空气中传播得快些。这同密度没有任何关系。
在0℃，也就是水的凝固点时，声音以每小时1,193公里的速度传播。温度每升高1℃，速度每小时就提高约2.2公里。
一般说来，如果构成气体的分子比空气分子轻，那么，这种气体的密度就要比空气低。较轻的分子运动得也较快。声音在这种轻的气体中传播的速度比在空气中快，这不是由于密度的改变，而是由于分子的运动较快。声音在0℃的氢气中的传播速度是每小时约4,667公里。
当我们说到液体和固体，情况就与气体大不相同了。在气体中，分子彼此相隔很远，几乎不互相干扰。如果分子受到推压而彼此更接近起来，它们仅仅是通过无规运动而彼此分开，但在液体和固体中，原子和分子是相互接触的。如果它们受推压而挤到一起，它们的互斥力就会非常快地迫使它们再次分离。
对于固体来说，尤其是这样。在固体中，原子和分子多少比较稳固地保持在各自的位置上。它们保持得越是稳固，它们被推压到一起时，弹回的速度就越快。因此，声音在液体中的传播速度比在气体中快；在固体中传播得更快；在刚性固体中则传播得最快。密度并不是声音传播快慢的根本原因。
因此，声音在水中以每小时约5,200公里的速度传播，在钢中则以大约每小时约18,000公里的速度传播。

81、船下沉时是一直沉到海底，还是当它们下沉到一定深度时压力就会将它们保持在深水中？
如果一个物体的密度大于水，它就会在水中下沉。水的密度是每立方厘米一克，岩石和金属这样的物质的密度比水大得多。由大块钢材制成的舰船之所以能浮在水上，是因为船内容纳着大量的空气；钢材和造船用的其他材料加上船内的空气，它们的平均密度低于水的密度；如果发生意外事故，水进入船中，那么，造船的材料加上进入船内的水的平均密度大于水自身的密度时，船就要下沉了。
船下沉时，受到越来越大的压力。在海面上，每平方厘米面积的压力（大气造成的）是1公斤。在海面以下10米处，那个深度的水重又在海面压力上增加了每平方厘米1公斤的压力。深度每增加10米，每平方厘米就又增加1公斤的压力。而在已知的海洋最深部分的海底，压力约为大气压力的1,100倍，即每平方厘米约为1.1吨的压力。
这样高的压力对于能否把下沉的船保持在水中没有任何影响。从各个方向对船所施加的压力是相等的，向下的压力和向上的压力几乎完全相等，因此十分明显，不管压力怎样增大，船还要继续下沉。
但还有另一个因素。压力能压缩水，并增加水的密度。水的密度是否能变得非常高，以致这种高压使得沉船停止下沉，而悬浮在密度较大的深海中呢？
不！压缩效应是非常小的。甚至在每平方厘米1.1吨的压力下，水的密度仅由每立方厘米1.00克上升到1.05克左右。如果一个固体的密度为每立方厘米1.02，那么，它确实会沉到水下去，并在约4.8公里深度处被浮力止住，不再进一步下沉。然而，普通结构材料的密度大大地大于1.05。铝和钢的密度分别为每立方厘米2.7克和7.8克。金属船会一直沉到最深的海底深渊，丝毫没有上浮的机会。
但假定海洋还要更深，那么，一根铝棒是不是会达到最大的深度而不再下沉呢？回答仍然是：“不会的！”
如果海洋大约深67公里（而不是最多11公里深），洋底的压力就会上升到每平方厘米约7吨，水的密度则上升到每立方厘米约1.3克。然而，在这个时候，水已不再是液体，而会转化成一种称为“冰Ⅵ”的固体物质（冰Ⅵ的密度大于水，而“冰Ⅰ”——普通冰——的密度则小于水）。
困此，铝和密度大于每立方厘米1.3克的任何其他物质，只要海水是液体，就会一直在海里继续沉下去，最后停落在普通海底或冰Ⅵ的固体表面上。液体水的密度决不会大到足以浮起固体铝，更不用说固体钢了。

82、哪些是最活泼的化学元素，为什么？
电子处在围绕原子核的一些称为“壳层”的同心球上。对每个元素来说，每个壳层上都有固定数目的电子。当最外面的的壳层上有8个电子时，这种排列特别稳定。
不过，假定一个元素有这么多个电子，以致当其中的8个被安置在某一个外壳层上时，还有少数几个多余的电子必须安置在一个更靠外的外壳层上。这少量最外层的电子（带负电荷的）只受到位于原子中心的带正电荷的原子核的微弱控制。
最外面的这些电子很容易转让给其他原子，因此，原来那个原子现在所剩下的就是最外面壳层上8个电子的稳定排列。
化学反应关系到电子的转移，因此，一个容易失去一个或多个电子的元素，会容易地发生电子转移的反应，这种元素就是“化学上活泼的”元素。一般来说，超过8个的电子数目越少，它们越容易转移：那个元素就越活泼；因此，最活泼的元素，就是电子数比8多一个的那些元素，也就是只有一个电子位于最外面壳层上的那些元素。
举例来说，这样的元素有钠，它的电子排列在三个壳层上（2，8，1）；还有钾，它的电子排列在四个壳层上（2，8，8，1）。
电子的内壳层趋向于把最外面的那个孤零零的电子与带正电荷的原子核隔离开来。中间的壳层越多，原子核对最外层的电子的控制越弱，因此，这种电子也越容易转移。因此，钾比钠活泼，铯（2，8，18，18，8，1）更加活泼。
比铯还更活泼的是钫（2，8，18，32，18，8，1），但一次只能研究它的几个原子，甚至连它的最稳定的同位素的半衰期也只有21分钟。因此，铯是最活泼的稳定金属元素。
现在假定一个元素所具有的构成最外面壳层的电子数太少，不够8个。这些原子趋向于接受若干个电子来凑成必要的8个。因此，它们就容易发生化学反应，因而是很活泼的。
一般来说，凑成8个电子所需要的电子数目越少，接受电子的趋势就越大。因此，在这类元素当中，最活泼的元素就是原子最外面壳层上含有7个电子的那些元素，它们仅仅需要一个电子就可以凑成8个电子。
举例来说，这样的元素有氯，这种原子的电子排列为2，8，7；还有溴，它的电子排列为2，8，18，7。
在这样一些元素的情况下，原子核的吸引力越强，把那个失去的电子拉过来的趋势越大。电子的内壳层的数目越少，原子核周围的隔绝作用就越小，那个原子核的拉力就越大，而元素也就越活泼。
在这种类型的元素当中，电子壳层数目最少的是氟，它的电子排列为2，7。因此，氟是一切非金属元素中最活泼的。

83、贵气体的“贵”表现在何处？
与其他元素难以发生化学反应或根本不发生化学反应的元素称为“惰性”元素。氮和铂就是惰性元素的例子。
在十九世纪九十年代、在大气中发现了一些似乎根本不发生任何化学反应的气体。这些新发现的气体——氦、氖、氩、氪、氙和氡——比其他任何元素的惰性都强，于是人们把它们都归入“惰性气体”。
惰性元素有时被称为“贵”元素，因为它们不与其他元素发生化学反应，就它们那一方面来说，这似乎是一种贵族式的冷淡。金和铂是“贵金属”的两个例子，而惰性气体有时被称为“贵气体”，也是由于这个原固。1962年以前，“惰性气体”是比较通用的术语，也许是因为“贵气体”似乎不适合于民主社会。
惰性气体之所以是惰性的，其原因在于：每一种惰性气体原子所含有的电子数在各壳层中的排列，正好使每个壳层中都有特别稳定的数目，具体地说，即在最外面的壳层中有8个电子。因此，氖的电子排列是2，8；氩的电子排列是2，8，8。增加或减少电子，都会打破这种稳定的排列，因此，就不会发生任何电子变化。这就意味着不会发生化学反应，所以这样一些元素是惰性的。
然而，惰性的程度取决于原子中心带正电荷的原子核用以拉住最外面壳层上各个电子的强度。最外层与中心之间的电子壳层越多，原子中心的原子核的控制力就越弱。
这就意味着，惰性气体元素中原子结构最复杂的元素，也就是惰性最小的元素。原子结构最复杂的惰性气体是氡。氡的原子所具有的电子排列是2，8，18，32，18，8；但氡仅仅是由放射性同位素所构成，所以它是难以用来进行化学实验的一种元素。仅次于氡的最复杂的气体是氙，它是稳定的。它的原子所具有的电子排列是2，8，18，8。
氙原子和氡原子中最外面的电子离原子核很远，原子核不能十分有力地抓住它们。当存在着具有吸引电子的强烈倾向的原子时，这些电子就会被放弃。氟的原子具有吸引电子的最强倾向。1962年，加拿大化学家巴特利特发现有可能形成氙和氟的化合物。
从那以后，还组成了氡的化合物和氪的化合物。鉴于这种情况，化学家们不乐意再使用“惰性气体”这个术语，因为这些原子毕竟不是完全惰性的；“贵气体”这个术语现在已逐渐通行起来、而且形成了化学的一个完整的新的分支学科，专门研究“贵气体化合物”。
当然，贵气体的原子越小，惰性就越强，至今还没有发现任何东西能从这些原子中把电子夺走。氩原子中的电子排列是2，8，8。氖原子中的电子排列是2，8。氩和氖仍然完全是惰性的。惰性最强的是氦，它的原子仅有一个带两个电子的电子壳层（所有原子最里面的壳层都有两个电子）。

84、为什么会形成晶体？为什么晶体总有一定的形状？
在通常情况下，物质有三态：气态，液态和固态。在气体中，组成气体的原子或（通常为）分子的能量非常高，或者各个分离的分子之间的引力非常低（或者两者兼备）。以致各个分子独立地进行运动。
如果能量降低到一定点，那么，分子就不能再保持独立性，而必定会互相发生接触。但是这时还有足够的能量可供分子进行运动，使分子在其他分子间滑动。这种情况就是液体。
如果能量进一步降低，各个分离的分子就不能再滑动，而会固定在某个方位上（尽管它们也许能够或确实会在它们的固定位置附近振动）。这种物质就是固体。
在固体中，两个相邻的分子（或原子，或离子）的相对位置不是随意的。它们处于某种有规则的排列之中，这种排列取决于不同的粒子具有什么样的比例，大小有怎样的差别，外部压力有多大，等等。在氯化钠中，钠离子和氯离子的数①2000年，芬兰科学家首次合成了氩的稳定化合物——氟氩化氢（HArF）。
——碧声注
目相等，大小没有太大的差别。在氟化铯中，铯离子和氟离子的数目相等，但铯离子比氟离子大得多。在氯化镁中，镁离子和氯离子的大小没有太大的差别，但是在数目上，氯离子为镁离子的两倍。由于这一原因，每种化合物很自然地以不同的方式进行排列。
如果你得到一块可见物质，它是由全部按有序方式排列的原子、离子或分子所组成，那么，这块可见物质就会有一些光滑的表面，它们以一些固定的角度相交（这就像从空中来看一个军队的队形。你也许看不见各个士兵，但是如果他们排列得很好，你就会看见那个队伍，比如说，呈矩形）。这块可见物质（或者说“晶体”）的整个形状取决于原子的排列。对于在一系列给定条件下的任何给定的物质来说，原子排列是固定的，因此晶体总是具有确定的形状。
固体物质从本质上说几乎总是晶体，即使它们看起来并不像是那样。我们知道，要形成一种理想的晶体，最好从处于溶液状态的纯物质着手（这样，外来的原子就不会滑入和打乱排列）。溶液应该缓慢地冷却，以便让原子有时间排成阵列。
在自然界往往存在着由几种物质组成的混合物，因此，我们最后得到的，是互相推撞和互相拥挤的几种不同的晶体。不仅如此，如果冷却非常快，那么，就会有许多晶体开始形成，以致其中任何一个晶体都没有机会生长到超过显微的大小，这些晶体各取各的方向，因此没有确定的形状。
因此，在自然界，我们很少能看到足够大的清澈的晶体。
通常我们所遇到的，是一些不规则的物质碎块，它们是由我们未察觉到的微晶体构成的。
有一些固体物质不是结晶状的，因此不真正是固体。玻璃就是一个例子。液态玻璃是很有粘性的，因此它的离子就难以运动，也难以排成有序阵列。当玻璃冷却时，离子运动得越来越慢，最后完全停止运动，停在哪儿就将它们的位置保持在那儿。
在这种情况下不存在有规则的排列，因此，“固态”玻璃实际上是一种“超冷的液体”。玻璃可以是硬的，摸起来像是固体，但是它没有晶体结构，而且，它没有明显的熔点，这是它最致命的弱点。所以，“固态”玻璃在加热时就只是逐渐软化而已。

85、水能够压缩吗？
关于这个问题，最简单的回答是每种东西都能压缩。
事实上，压缩气态物质比压缩其他任何形态的物质要容易得多。那是因为气体是由相距很远的分子所组成的。例如，在普通的空气中，实际分子所占的空间大约是整个体积的千分之一。
在压缩某一气体时，仅仅需要克服分子本身的无规则运动所形成的扩张倾向，将它们更紧密地推压到一起，把分子之间的一些空处挤出，用人的肌肉力量就能够容易地做到这一点。例如，当你挤压一个气球时，你就是在对空气进行压缩。
就液体和固体而言，组成它们的原子和分子只是近于互相接触。借助于每个原子外层区域中的电子的相互斥力，这些原子和分子不再进一步靠拢。这表示液体和固体分子的抗压力比气体中分子运动的抗压力要强得多。
这意味着人的肌肉不能再做压缩液体和固体的工作，至少没有明显的效果。
假定你把一定量的水倒入一个上边开口的刚性容器里，并把一个密闭的活塞装入开口内，使它与水面接触。如果你用全力把活塞往下压，你就会发现，它不会明显地移动。由于这个原因，人们常说，水是“不可压缩的”，而且它的体积不能够挤得更小。
其实并不是这样。当你把活塞向下推时，你确实压缩了水，但压缩的程度不能测量出来。如果能够施加比人的肌肉大得多的压力，那么，水的体积或者任何其他液体或固体的体积的减小量，就会大到能够测量出来的程度。例如用每平方厘米1.1吨重的力量压缩100升的水，它的体积就会缩小为96升。随着压力的进一步增加，体积就会进一步缩小。在这种压缩力下，可以说，电子越来越靠近原子核了。
如果压力更大，比如说，压力相当于在巨大引力作用下成千上万公里厚的物质堆积起来的重量时，静电排斥力就会完全不起作用。电子就不能在轨道上围绕着原子核运动，而会被推开。然后物质就由不带电子的原子核组成，而电子则飞来飞去作无规则的运动。
原子核比原子小得多，因此，这种“退化的物质”大部分还是空的。地球中心的压力或者甚至木星中心的压力都不足以形成退化物质，但是在太阳的中心有退化物质。
一个完全由退化物质构成的恒星，可以像太阳那样重，但是体积却不比地球大。这就是一个“白矮星”。它能够在它自己的重力下进一步地压缩，直到它由互相接触的中子所组成。这样一个“中子星”能够具有太阳的全部质量，但被压缩成直径为十几公里的球体。
天文学家认为，它还能够进一步地压缩，直到变成体积为零的“黑洞”。

86、什么是金属氢？氢怎么能成为金属？
当我们看到一种金属的时候，大家都知道它是金属，因为金属有一些不平常的性质。当金属表面光滑时，它们反射光的效率很高，因此它们具有一种“金属光泽”；但非金属却没有很高的反射能力，因而具有一种“无光泽的颜色”。金属容易变形，能够制成金属板和拉成金属线；而非金属在受到打击时会被打碎，破裂或成为粉末。金属易于导热和导电；非金属却不能。
为什么有这样的差别？
在多大数普通化合物中，例如在我们周围，看得见的海洋里和土壤里的那些化合物分子是由原子所构成的，这些原子由于共同享有电子而紧密地保持在一起。这里的每一电子都紧紧地被束缚在某一个原子或另一个原子上。当出现这种情况时，物质就表现出非金属性质。
根据这种准则，氢是一种非金属。普通的氢分子是由两个氢原子构成的。每个氢原子只有一个电子，构成一个分子的两个氢原子平均共享那两个电子。没有剩下的电子。
当一些电子不是牢固地受到束缚时会发生什么情况呢？
例如，我们看一看元素钾吧。每个钾原子都有19个电子，它①黑洞体积为零吗？这种说法是不是不够严格？请高手指教。——碧声注
们排列在4个壳层中，只有最外面壳层中的电子可供共享。
在钾原子的情况下，这就意味着它仅仅有一个电子可以为相邻原子所共享。再则，这个最外面的电子被控制得特别松，因为在它和吸引它的中心原子核之间有另一些电子壳层，这些中间壳层把最外面的电子同中心引力隔开了。
在固体钾中，原子紧密地结合在一起，就像我们有时在水果店里看到的桔子堆成角锥形那样。每个钾原子有8个相邻原子。由于最外面的电子被控制得很松，而且许多相邻原子又如此靠近，因而任何一个最外面的电子都易于从一个相邻原子滑到另一个相邻原子。
可是，正是这些松而活动的电子，使得钾原子有可能这样紧密地结合在一起；使钾有可能易于导热和导电；也就使钾有可能变形。总之，这些松而活动的电子使钾（和其他元素以及含有这些元素的混合物）具有金属性。
现在记住，氢像钾一样，仅仅有一个电子可以为相邻原子所共享。然而，还有一个不同之处。在氢的一个（仅仅是一个）电子和中心原子核之间没有起隔离作用的电子。因此，这个电子被控制得太紧了一些，以致不能进行足够的运动来把氢转变为金属，或者迫使氢原子紧密地结合在一起。
但是，如果氢获得了外力，那会出现什么情况呢？如果氢不是由于本身电子的情况而是外界的压力迫使它们紧密地结合在一起，那又会怎么样呢？假定有足够的压力把氢原子非常紧密地挤在一起，以致各个原子都被8个、10个甚至12个近邻原子所包围。于是，每个氢原子的单个电子，不管原子核有异常强的吸引力，就可能开始从一个相邻原子滑到另一个相邻原子。这样你就会得到“金属氢”。
为了迫使氢这样紧密地结合在一起，氢原子必须处在一种近于纯粹的状态中（其他种原子的存在会产生干扰），并且不是在太高的温度下（高温会使它扩张）。氢原子还必须处在巨大的压力下。在太阳系中最接近于满足这些条件的地方是在木星的中心，因此有些人认为，木星的内部也许是由金属氢所构成的。

87、我们所读到的“聚水”是什么？它仍然是H2O，那么有什么不同呢？
一个水分子通常是被描述为由两个氢原子和一个氧原子所构成（H2O）。如果所有的水分子都是如此，那它就会是低沸点的小分子。硫化氢（H2S）具有相似的但较重的分子（因为硫重于氧），它是一种气体，只要在-61.8℃时就液化。
如果水只是H2O，那么它就会在更低的温度下，也许在-80℃左右液化。
但是，可以看一看水分子的形状。三个原子构成的图形很接近于直角，而氧原子在顶点。氧与每一个氢原子共享两个电子，但这种共享不是平均的。氧对于电子具有较强的吸引力，因此，带负电荷的电子偏向于水分子中氧的那一方。这就意味着，虽然水分子整个来说是不带电的，但是水分子中氧的那一方有小量的负电荷，而两个氢原子则有小量与它平衡的正电荷。
相反的电荷互相吸引。于是两个邻近的水分子有排列起来的倾向，而使一个水分子的负氧端接近于下一个水分子的正氢端，这就构成了一个“氢键”，它的强度只是把分子中氢和氧保持在一起的普通键的二十分之一。这仍然足以使水分子有“粘性”。
由于这种粘性，水分子比没有粘性时容易结合在一起，更难以分开来。为了克服这种粘性，并使之煮沸，必须把水加热到100℃。如果温度下降到0℃，氢键的优势就是锁定水分子的位置并使之冻结为冰。如果不是因为有氢键的话，要冻结成冰，温度就要比这还要低得多。
对于像H2S（硫化氢）这样的一些分子，就不会发生这种情况，因为硫原子和氢原子对于电子具有大致相同的引力。
在一方或者另一方都没有电荷累积，因此没有“粘性”。
其次，假定在非常受限制的处所——例如在一个极其细小的玻璃管中存在着水分子。那么，这些水分子便可能自行挤成比通常更密集。一个分子的氧原子可能被迫异常近地靠近相邻分子的氢原子，以致氢键变得像普通的键一样强。这时两个分子变成了一个分子。另一个分子也许会锁定在这个双分子上，然后再锁定一个，接着又锁定一个。
结果可能有许多分子紧密地聚集在一起，将所有的氢和氧形成规则的六角形排列。所产生的复合物质是“聚合物”的一个例子。这就是“聚水”。要把这样一种物质（首先是1965年由苏联化学家报道的）分解为水蒸气的一个一个的H2O分子，必须加热到500℃左右。其次，同样由于分子被推压在一起，比普通水中要紧密得多，所以聚水的密度是普通水的1.5倍。
然而，聚水的概念，至今尚未被普遍接受。许多化学家认为，所谓聚水实际上是吸收了某些杂质的水，或者是溶解了一些玻璃的水。在这种情况下，那就根本不存在聚水了。