世界上最鋒利的物體為什么不能切割任何東西

有一種情況可以證明，世界上最鋒利的物體無(wú)法切割任何東西。我們都用刀切過(guò)蘋(píng)果，刀很鋒利對(duì)我們來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的事情。但如果工具很鋒利，那么它應(yīng)該很容易切割東西才對(duì)。所以“世界上最鋒利的物體無(wú)法切割任何東西”這句話聽(tīng)起來(lái)就很違反直覺(jué)，那這到底是怎么回事呢？

就像其他大多數(shù)概念一樣，科學(xué)家們?cè)噲D確定鋒利的定義。聽(tīng)到“鋒利”一詞時(shí)可能首先想到的物體是刀，研究該形狀的確切細(xì)節(jié)及其幾何特性，為我們定義鋒利度提供了一個(gè)起點(diǎn)。如果我們放大刀刃，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它有一種楔形。直覺(jué)上，楔形的“鋒利度”似乎歸結(jié)為兩個(gè)主要屬性：它有多尖以及它有多窄。因此，科學(xué)家們創(chuàng)造了“尖銳度”和“狹窄度”的具體測(cè)量方法，來(lái)試圖定義鋒利度！

從尖銳度開(kāi)始，如果我們放大刀的邊緣，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)楔形的尖端不會(huì)收縮到無(wú)限小的點(diǎn)。相反，它最后會(huì)收縮成一條微小的曲線。將該曲線視為形成圓的一部分，該圓的半徑可以最終決定了刀的邊緣有多小。這里有一個(gè)詞，叫做邊緣半徑，這是我們描述刀刃“尖銳度”的幾何方式。較小的邊緣半徑意味著更小的曲線，刀緣更接近理想的完美尖角形狀。

但是邊緣半徑并不是鋒利度的全部，因?yàn)榧词故蔷哂邢嗤霃降牡叮穸纫部赡懿煌Ｒ虼耍瑸榱俗尅斑吘壈霃健庇杏茫覀冞€必須確定“窄度”部分。這由所謂的楔角定義：楔形的兩個(gè)平面之間的角度。較小的角度意味著更薄的楔形，這通常意味著更鋒利的刀片。

如果一個(gè)刀片具有固定的小楔角，那么邊緣半徑就可以確定鋒利度。例如，某些外科手術(shù)刀的藍(lán)寶石刀片邊緣半徑只有至25納米，相當(dāng)于只有只有幾百個(gè)原子！由于刀片如此鋒利，藍(lán)寶石手術(shù)刀留下的疤痕實(shí)際上比鋼手術(shù)刀愈合得更快。此外，刀片由堅(jiān)硬的藍(lán)寶石制成，非常耐用。

但即使是這些超鋒利的藍(lán)寶石手術(shù)刀也不是最鋒利的，一種更鋒利的刀片是由黑曜石制成的。黑曜石是一種火山玻璃，可以制作成邊緣半徑僅為3納米的刀刃。這相當(dāng)于只有幾十個(gè)原子，使其成為我們所知的最鋒利的物體之一。今天。我們?nèi)匀皇褂煤陉资镀M(jìn)行某些類(lèi)型的手術(shù)，因?yàn)樗鼈兊某h利度可以在不需要施加太大壓力的情況下進(jìn)行切割。事實(shí)上，黑曜石刀片甚至可以將單個(gè)細(xì)胞切成兩半。因此，邊緣半徑和楔角結(jié)合起來(lái)，很好地描述了黑曜石令人難以置信的切割能力。

所以，這給了我們一個(gè)錯(cuò)覺(jué)，認(rèn)為定義鋒利很簡(jiǎn)單。不幸的是，到目前為止我們討論的幾何屬性有一些缺點(diǎn)，比如描述針的鋒利度，由于它們的尖端也會(huì)收縮到一個(gè)曲面，我們可以使用邊緣半徑的概念。但與刀不同的是，它們沒(méi)有形成楔形的兩個(gè)平面，因此楔角在這里沒(méi)有意義。

我們可以使用其他類(lèi)型的角度，但它們都有自己的問(wèn)題。例如，對(duì)于注射針，傾斜邊與直邊之間存在一個(gè)角度，稱(chēng)為“斜角”。2012年的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在同一根針上設(shè)置多個(gè)斜角可以提高其刺穿皮膚的能力，這對(duì)于減輕疼痛和提高療效非常重要。這與我們對(duì)鋒利度的直覺(jué)相違背。

至于邊緣半徑，我們?cè)谌嗽旃ぞ呱蠈?shí)現(xiàn)的最小半徑是鎢納米針。它是掃描隧道顯微鏡的探針，可在針和表面之間產(chǎn)生跳躍的微小電流。通過(guò)這樣做，針尖可以識(shí)別表面上單個(gè)原子的位置，并幫助我們建立材料外觀的圖像。這個(gè)探針的尖端只有一個(gè)原子寬，我們不能得到比這更小的了。也正是由于這種小得離譜的半徑，吉尼斯世界紀(jì)錄大全宣布鎢納米針是世界上最鋒利的人造物體。

但正如我們一開(kāi)始所說(shuō)的，這個(gè)針不能切割或刺穿任何東西！一個(gè)只有一個(gè)原子厚的物體非常脆，即使它有超級(jí)“鋒利度”也不會(huì)提高針的切割能力或刺穿能力。如果我們?cè)噲D對(duì)它施加任何壓力，它就會(huì)折斷。

這不僅僅是鎢納米針的問(wèn)題，我們前面提到的那些黑曜石外科手術(shù)刀也不會(huì)一直使用，因?yàn)樗鼈円埠艽啵绻饪漆t(yī)生不小心，就有折斷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，當(dāng)描述切割或穿孔的能力時(shí)，鋒利度并不一定適用。它僅描述對(duì)象的幾何形狀，而不是其功能。