提示:本文前面内容涉及一些物理化学术语,不感兴趣可直接跳到文末的的结晶视角部分看要点。
物理学家卢瑟福有句名言:
一切科学要么是物理学,要么是集邮术。
有趣的是,卢瑟福却获得了诺贝尔化学奖——那个年代化学只是物理的一个分支。科学大厦的结构如下:
物理是基础,化学是物理的应用,生物学则是化学的应用,认知科学是生物学的应用,而心理学、社会学、经济学都是这些基础科学的组合应用。
「结晶」是我2020年前半年的关键词,我从这个词中收获了一些有启发的思路。还特意花时间研究这个词的物理化学现象。
结晶概念让我对学习,对如何做笔记有了更深刻的认知。并将我做笔记,组织知识的方法命名为「结晶笔记」,是原来卡片方法的一次升级,会体系化的在知识星球分享。
结晶的三个含义
在现代汉语词典中,结晶的释义有三个:
物质从溶液、熔融体或气态里形成晶体的过程。常用于提纯物质。
晶体物质。
比喻珍贵的成果:如爱情的结晶,劳动的结晶。
结晶的两个步骤:形核与生长
结晶是一个相变[1]的过程,从液相或气相变化到固相,首先得有一个附着点,这个附着点就是晶核,它是晶体的生长中心。因此结晶首先需要一个「核」,形核就是形成晶体的生长中心。
形核的两种方式
晶核的形成有两种方式,一种是自发的,一种是非自发的。
自发形核:溶液绝对纯净,无任何杂质,只依靠溶液的能量变化直接形核,又叫均质形核。这显然是一个非常理想的状态,物质不可能有100%纯净。自然界大部分形核都是非自发形核。
非自发形核:依附于某些杂质的质点而形成晶核,又叫异质形核。我们熟悉的雪花,就是通过非自发形核结晶。
高空中悬浮的灰尘颗粒,或者微小的粉尘,都能吸附小的水珠(高空中的水蒸气遇冷形成微小的水珠),这些都可以成为晶核。
晶核通过不断吸附水珠,重量变大,受重力作用,无法悬浮在高空,于是便掉落下来,当气温较低时,便形成雪花,气温较高时便下落为雨。
围绕晶核不断长大的过程就是晶体生长。
晶体生长的两个条件
晶体生长是原子按晶体点阵规律要求,逐个占据适当位置而与晶体稳定牢靠地结合起来的过程。
我们可以推知,让晶体生长需要的条件:
第一,液相要不断地向晶体供应原子,这就要求液相有足够高的温度,以使液态原子具有足够的扩散能力;
第二,要求晶体表面能够不断而牢靠地接纳这些原子。
二者缺一,晶体无法生长。
结晶的难易
大部分矿物和有机分子容易结晶,结晶的质量一般较好,即无明显缺陷。而较大的生物化学颗粒,如蛋白质,往往难以结晶。分子结晶的难易程度取决于原子力(矿物物质)、分子间力(有机和生化物质)或分子内力(生化物质)的强度。
下面是我从自然界的结晶现象出发,获得的一些启发视角,可以称为「结晶视角」。
结晶视角
001 结晶笔记的「结晶」也有三层含义:
是想法从混乱的思绪中变清晰的过程。
明确的想法。
比喻珍贵的成果:思想的结晶,集体智慧的结晶。
002 我们不会自发学习。只有当环境变化时,大脑才有吸收外界信息的意愿,才会学习。
003 使无序的想法结晶,需要外界提供一个「晶核」,晶核让想法可附着,就如同雪花需要灰尘颗粒。结晶笔记的晶核是问题,是概念。也就是说结晶笔记是基于问题,围绕概念而展开。
004 晶核(概念或问题)要生长,大脑得持续活跃——类似于液相有足够高的温度。同时要保持开放,通过接纳外部信息,想法就会长大,变得清晰。
005 晶体向四周扩散生长。结晶笔记不依赖类目,不以层次组织,而通过相互关联生长,让原创的、有趣的想法涌现。
006 不求一次理解。有意义的概念和模型,很难一次理解(大分子很难结晶)。将它分解或者通过多个视角理解。做2.0版的盲人摸象——不过早下结论,分别摸清楚每个部位,当摸遍所有部位后,就能努力拼出整头大象的样子。
007 结晶笔记的目的是创造思想和实践的稳定子配件,丰富我们的心智模型工具箱。
这些将自然现象跟思考方法强拉硬扯只为方便理解,不是严格的论证。但我有一个朴素的信念,如果一个创造事物的方法跟已存在的自然现象吻合,这种方法有更强的生命力,更近于「道」。
就象晶体管和神经元的底层原理相通,而编程的设计模式是从建筑模式获得了的启发,大自然才是最高明的算法设计师。而大自然用结晶算法,创造了极美的自然现象,看下图。
这张gif是我从B站录的,是微距镜头下真实的结晶之旅,文末有清晰视频链接,你会惊叹自然的神奇。
最近各类笔记工具升级的升级,开发新品的开发新品,欣欣向荣,热闹非凡。但一个东西的价值不在于它是什么,而在于它被怎么使用。
如果笔记工具需要一场革命,那么笔记技术更需要一次变革。我希望通过开发结晶笔记技术,帮助我们更清晰的思考,更深刻的理解自我。
B站视频:微距镜头下的结晶之旅
https://www.bilibili.com/video/BV1z4411J7W9
注释:
[1]相变:物质从一种相转变为另一种相的过程。物质系统中物理、化学性质完全相同,与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为相。与固、液、气三态对应,物质有固相、液相、气相。
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