锡叫

编者按

人们很早以前就知道金属锡在弯曲时会发出“尖叫声”或“哭泣声”。通常认为这种现象是由晶体在变形过程中的相互挤压造成的，而伦敦大学学院的布鲁斯·查默斯在这篇文章中试图给出更加清晰的解释。他认为叫声源于孪晶现象，即两个晶体共用晶格点阵上的某些点，尤其是当一个晶体作为另一个晶体的镜像存在时。当年查默斯与研究金属晶体结构的先驱者——安德雷德一起工作，后来他自己也成为了一位著名的晶体学专家。安德雷德对查默斯在这方面的研究表示认同，他说这对于认识孪晶中的普遍现象具有非常重大的意义。ft　　英文

这是一个相当古老的发现，当一根锡棒弯曲时会发出特有的吱吱嘎嘎声，即通常所称的“锡叫”。梅勒[1]是少数谈到过这一主题的作者之一，他认为这种声音“可能是金属在弯曲时由晶体彼此之间的相互摩擦而产生的”，但是我在文献中始终没能找到关于其起源的更为确定的解释。在我与安德雷德教授合作进行的关于单晶丝的实验过程中，曾经进行了一些我认为能够更精确地解释该声音的观测。ft　　英文

我发现镉也可以发出和锡一样的声音。在将这些金属的单晶丝拉伸时，变形过程分两个阶段，先是沿滑移面上滑移，这滑移存在于二个阶段中，随后是在某一特定晶面上发生机械孪生。孪生要在特定量的滑移形变出现后才会发生，这使得两种现象可以分别得到研究。ft　　英文

在滑移形变引起的延伸阶段，单晶丝没有产生声音，但是两种金属孪生时却伴随有特征的碾轧声或撕扯声。同样的声音在将这些金属丝强力弯曲或扭转时也出现了，这一过程产生了孪晶所特有的表面斑纹，尽管它还不足以将孪晶化与简单延伸过程中产生的其他效应相区分。ft　　英文

通常观测到这种效应时所用的锡处于多晶态。尽管锡和镉的多晶铸棒在弯曲时都会发出叫声，小直径的拉制金属丝却只有在退火后才能发出声音，或者换一种说法，这种声音的产生需要晶粒的尺寸大于某一特定下限——当然，较大的晶体在金属弯曲时要经受更为强烈的应变。有理由认为，在多晶态和单晶态中的发声都伴随着孪生的发生。ft　　英文

对镉的初步观测结果，在孪生过程中所产生的热量只有0.1 cal/g的数量级，不足由滑移引起的整个延伸过程中所产生热量的1/10，虽然，这种延伸明显大于孪生本身所导致的延伸。目前，以更为精确的方法进一步开展的观测只给出了粗略的近似值，但已足够清晰地确认这一伴随孪生过程而产生的较大热量。这一观测结果意味着，一些提供给晶格以产生孪晶的机械能后来以热能和（在某些特殊情况下）声能的形式释放出来，锡和镉的发声就是后一种情况的体现。ft　　英文

还可以补充的是，以六方晶系形式结晶并且容易形成孪晶的锌能够产生发声，但我一直无法用以立方晶系形式结晶的任何金属来产生声音，它们不产生孪晶。ft　　英文

布鲁斯·查默斯

　　　　*

上面这封信中所描述的查默斯博士即将进一步展开的观测，在我看来，很有可能会被证明对于孪晶问题的阐明具有相当的重要性。热的产生与下面的看法一致，即孪晶中的分子在外加足够能量时会从一个平衡位置滑移到另一个平衡位置，并在该位置发生强烈的阻尼振荡，振荡的能量以热的形式以及很可能以与剩余射线的频率相当的辐射形式消散。对声音的研究表明，孪晶化并不是在整个孪晶区域中同时发生的，因为声音的频率实在太低而无法与分子或分子单元的振动联系起来，只能以声速或具有声速水平的速度沿层间传播。有可能会有这样的情况，即突然形成的孪晶没有伴随着可听到的声音；声音是存在的，但是因其频率过高而无法被听到。ft　　英文

安德雷德

（王耀杨　翻译；沈宝莲　审稿）