拖着脚步穿过地毯来攻击朋友可能是书中最古老的把戏，但从深层次上来说，即使经过数千年的研究，这种恶作剧仍然让科学家们感到困惑。

现在，普林斯顿大学的研究人员为静电注入了新的活力。研究人员利用数百万小时的计算时间进行详细的模拟，找到了一种用热和功的数学来逐个原子地描述静电荷的方法。他们的论文“聚合物材料之间接触带电的热力学驱动力”发表在《自然通讯》上。

该研究专门研究了电荷如何在不允许电子自由流动的材料(称为绝缘材料，例如乙烯基和丙烯酸树脂)之间移动。研究人员表示，尽管静电无处不在：衣服从烘干机中拉出的噼啪声和紧贴盒子上的花生的爆裂声，但对于驱动这些震动的机制还没有确定的观点。

“我们知道这不是电子，”领导这项研究的化学和生物工程助理教授迈克·韦伯说。 “它是什么?”

韦伯在芝加哥大学担任博士后研究员时首先问自己这个问题。他和同事们对此感到困惑，困惑的是这样一个普遍的现象竟然如此难以理解。但他们越看，问题就越难以解决。 “这似乎遥不可及，”他说。

自从 26 世纪前米利都的泰勒斯首次用毛皮摩擦琥珀并观察琥珀(希腊语：elektron)收集羽毛和灰尘以来，它就一直遥不可及。泰勒斯是最早通过理性而非超自然力量来解释自然的人之一。他在哲学乃至科学的发展中发挥了关键作用。尽管在随后的几千年中积累了深度和广度的知识，尽管这些知识催生了无数的技术，但科学在任何时候都从未打破静态。也许永远不会。

在普林斯顿大学，韦伯与他的同事桑卡兰·桑达雷桑 (Sankaran Sundaresan) 进行了交谈，桑卡兰·桑达雷桑是化学反应工程方面的顶尖专家，专门研究气室中的材料流动。在那些充满挥发性化学物质的环境中，杂散火花可能是致命的。 Sundaresan 几十年来一直致力于静电荷研究，使用可靠的实验数据来预测但未能完全理解电荷在这些系统中的移动方式。

“我把它当作一个黑匣子，”诺曼·约翰·索伦伯格工程学教授桑达雷桑说。 “我们做了一些实验，实验告诉我：这就是发生的事情。这就是电荷。”他尽全力工作并仔细记录他所看到的。黑匣子内发生的事情仍然是个谜。

然而，根据 Sundaresan 的说法，无论你往哪里看，你都会发现一件事，那就是微量的水。带电水分子无处不在，几乎存在于所有物体中，几乎附着在地球上的每个表面上。即使在极度干旱的条件下，在高温下，杂散的水离子也会聚集成带有电荷的微观绿洲。

顺便说一句，泰勒斯最出名的不是他在电力方面的工作，而是一个更宏伟的项目。他提出整个自然都是由水组成的，水是乌尔物质，是必不可少的物质。这是对万物统一理论的首次尝试。亚里士多德把这一切都写下来了。

在 Sundaresan 的职业生涯中，他和他的同事缩小了这个黑匣子，使谜团被推得更深。但它们仍然是个谜。

他和韦伯之间的谈话导致了相互的认识。 Sundaresan 对反应堆数据有着数十年的洞察力，而 Webb 可以应用复杂的原子级计算技术从热力学的角度来观察这些水离子。

水离子从一个表面冲到另一个表面需要多少能量?也许这可以解释 Sundaresan 黑匣子内发生的事情。韦伯博士后时代悬而未决的谜题终于解开了。

通过对带电水分子与这些分子在表面之间推动它们所需的能量之间的关系进行建模，韦伯和研究生张航展示了电荷如何在两种绝缘材料之间移动的非常精确的数学近似。

换句话说，他们使用数学来模拟大约 80,000 个原子的运动。这些模拟以非常高的精度与现实生活中的观察结果相匹配。事实证明，静电冲击很可能是水的函数，更具体地说，是杂散水离子的自由能的函数。

借助这个框架，韦伯和张以极其微小的细节揭示了这些熟悉的冲击的分子基础。他们炸开了 Sundaresan 的黑匣子。要是泰勒斯能看见就好了。

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