یکی از مهمترین مفاهیم اولیه در مورد ساختار مواد (به خصوص فلزات) مفهوم دانه (grain) هست. یک فلز خالص مثل مس را در نظر بگیرین. اتم های این ماده با یک نظم مشخص و تکراری در کنار هم قرار گرفتن (مثل شکل زیر).

اگه یک سیم یک متری مسی داشته باشیم، این نظم اتمی تا کجا ادامه داره؟ نظم اتمی در سراسر ماده هست اما جهت گیری های متفاوتی داره. در واقع یک دانه محدوده ایه که نظم اتمی در یک جهت خاصی در ماده ادامه پیدا می­کنه. شکل زیر سه جهت گیری متفاوت (سه دانه) را در کنار هم نشون میده. البته شکل دانه ها فضایی هستن و این شکل مثلن از بالاست. اتم های آبی رنگ که بی نظم هستند و در فاصله ای بین دانه ها (مرز دانه یا grain boundary) قرار می­گیرند دانه ها را از هم متمایز میکنن.

بنابراین ماده از دانه های زیادی که به صورت تصادفی کنارهم قرار گرفته اند تشکیل شده. اندازه این دانه ها بر روی  استحکام، رسانایی الکتریکی، نرمی و ... ماده تاثیر مهمی دارند. بعدن در مورد ارتباط دانه و خواص ماده جداگانه توضیح خواهم داد. اندازه دانه ها به طور معمول تا چند ده میکرون هست بنابراین تعداد اتم ها در یک دانه قابل توجه میشه.

در یک ماده دانه ها به شکل بالا در کنار هم قرار میگیرن.

یه انیمیشن توی یوتیوب دیدم با عنوان nanofacory. چیز جالبیه، یه جور تصور از دنیای نانو به بیننده میده ... ببینین. قسمت زیادی از کار توسط استودیو لیزاردفایر تولید شده.

اگر انرژی سطحی (surface) یک سیستم فیزیکی بیشتر از انرژی بخش داخلیش (bulk) باشه، چه اتفاقی برای اون سیستم می اوفته؟  از نظر تئوری و به طور مشخص توی شاخه ترمودینامیک سوال های شبیه این زیاد هست که هنوز جواب جامع و روشنی براش پیدا نشده  >نانوترمودینامیک اصطلاحیه که T. L. Hill به عنوان بنیانگذار این بخش از ترمودینامیک وارد علم کرد >ترمودینامیک سیستم های کوچک.

ترمودینامیک سیستم های کوچک چه فرقی با سیستم های بزرگ داره؟ خوب یک جنبه قضیه به طور مشخص اثر سطحی محسوسیه که در سیستم های کوچک (به علت نسبت سطح به حجم بالا) ظاهر میشه. این اثر بر روی پارامترهایی مثل اکتیویته، جذب سطحی، نقطه ذوب و انجماد و ... تاثیر می­گذاره. طرف دوم مسئله که بحث انگیزتر و معماگونه تره ذات محدود سیستم یا همون کم بودن تعداد ذرات سیستمه؛ برای اینکه مسئله روشن بشه یک مثال میزنم:

فرض کنید 4 تا گلوله مشابه داریم که می­تونن توی 4 جعبه قرار بگیرند. حالت های زیر ممکن­اند:

1 1 1 1                   حالت1

4 0 0 0                         4

2 2 0 0                         6

3 1 0 0                         12

2 1 1 0                         12

می­بینیم که دو حالت محتمل داریم! حالت­های محتمل دو وضعیت متفاوت­اند!

این به آن معنیه که حالت تعادل سیستمی اتفاقی با چنین شرایطی بین دو حالت فوق متغییر است. با اضافه شدن تعداد گلوله­ها و جعبه­ها محتمل­ترین حالت از دیگر وضعیت­ها فاصله می­گیرد و بنابر اصل ترمودینامیک آماری یک حالت منحصربه فرد تعادل وجود داره. چه طور می­شه به این مشاهده­ها صورت ریاضی و منطقی داد؟ ...

۱

زمان اساسا مسئله مهمی نیست. این چند وقت که نبودم به این نکته بیشتر واقف شدم. درگذشتن از مرزهای خودساخته و رفتن به درون بحر تاریک؛ مهم اینه که آخرش این کارو میکنی و میمیری یا بی هیچ میمیری!

 ۲

-         چرا به ما فرصت داده شده؟

-         اساسا آیا به ما فرصت داده شده؟

-         هو وووم ... فرض کنیم اینطوره.

-         خوب ... فرض پسندیده ایه. در این صورت باید بگم خداوند قادر و مهربانی هست که ما را گام به گام با خویشتن خودش آشنا میکنه. اون ما را دوست داره و به ما کمک میکنه.

-         هی مگه تو نگفتی خدا وجود نداره؟؟؟

-         خوب اون هم یه فرضه. من که با کسی یا چیزی دشمنی ندارم...

-         تو مومنی؟؟؟

-         ایمان هم یعنی اعتماد به یکسری فرض های اولیه ...

-         فرض !!! بی معنیه ...

-         ... همه حاصل عمر ما انسان ها فقط همین فرض هاست ... و خداوند هم جز عمل به آنچه که میدونیم از ما انتظاری نداره

-         [اون از همه ما مومن تره] ... پس تو مومنی ...

-         خوب ... فرض پسندیده ایه ...