神奇小Mo

液态的同种东西放到一起就会融合成一体，固态的东西放到一起却不会这样，比如两块光滑平整的铁块儿放到一起，并不会成为一块铁，然而这只是在地球上我们生活的环境中是这样，如果在外太空中，将两块光滑平整的铁放到一起，最终它们会成为一块铁。

在太空中，两块没有氧化的光滑平成的铁放到一起，很快就会成为一个铁块，这种现象称之为“冷焊”，就是不用加温也能焊接到一起，其道理也很简单，就是当两个铁块儿靠近了之后，两者的铁原子之间相互吸引，由于两者的原子之间的距离足够近，因此接触面的铁原子可以相互把握住对方，最终使得两块铁成为一个整体。

不过这种现象只会发生在金属物上，因为金属中有大量的自由电子，而且，金属都没有固定的微观结构，所有的金属内部都像是一堆原子核畅游在电子的海洋中，虽然大多数金属都体现为固态，其实它们实际上都只是不流动的液态而已，金属原子也都在运动之中，只要对其施加高温，那么金属就很容易变成液态，很多金属在高压之下也会改变形状，但是其本质却不会改变，比如液压机下的铁块，常常像泥巴一样被改变形状，而无论怎么改变，它仍然是铁，这说明金属的延展性也大都很好。

当两块铁在太空中接触的时候，两者接触面上的铁原子会首先在自由电子的层面上接触，而自由电子的交流就使得两者为一体了，铁原子的自由电子并不会区分所接触的铁原子核属于两块铁，因为金属内部的结构本就是杂乱无章的，并不体现为某种晶体模式，所以金属原子并不会一直待在固定的位置。而且同种金属元素的物理和化学性质相同，电子和原子核也相同，运动模式也一样，这使得它们在接触的时候很容易融为一体。如果是非金属的晶体结构的物质，就不会发生这种冷焊现象了。

那么为什么在地球上我们生活的环境中不会发生这种现象呢？这是因为地球上有空气，特别是氧气，很多金属都很容易和氧气发生反应生成氧化物，铁元素就很容易和氧气生成三氧化二铁，或者四氧化三铁，导致铁块的表面形成一层氧化膜，而氧化物是一种分子结构，和氧气分子结合的铁的化物就不再是游离的金属原子状态，电子和原子核都会在固定的位置上，于是两个铁块等金属就不能发生冷焊现象，粘接到一起了。

不过从事金属加工的朋友可能发现过有的铁等金属刚加工出来的时候，放到一起也会发生粘连现象，这是因为这个时候两块金属表面还没有发生氧化反应，而且这两块金属的表面必然非常平整，可接触的地方比较多，其部分金属原子间发生了类似太空中的冷焊现象造成的，那么这也说明两块绝对光滑平整的铁块儿，如果表面铁原子还没有和氧气发生反应，把两者放到一起，挤出两块铁块之间的空气，也是会成为一块铁的，所以在地球表面的环境中也并非不会发生冷焊现象。

科普大世界

这是一个很有意思的问题，昨天晚上与几位朋友进行过一番探讨，现在谈一谈我的观点：

我认为即便是两块“绝对光滑平整”的铁块，将它们平整的表面对着靠在一起，它们也不会变成一块铁。

为什么呢？

（打磨光滑的铁块）

铁的表面有氧化层

我们都知道，铁是会生锈的，这是铁元素与空间中的氧气发生化学反应的结果。

铁是地球上第四丰富的元素，位于氧、硅和铝之后。但我们极少能在地球表面找到纯铁，因为它们大部分都被氧化，以氧化铁矿物质如赤铁矿（Fe2O3）、磁铁矿（Fe3O4）等形式出现，各种铁矿石占了地壳质量的5%左右。

铁在空气中会与氧气发生氧化反应，铁块表面的铁原子会与氧气生成三氧化二铁（Fe2O3），如果在此过程中有水气参与，还会形成更加复杂的三氧化二铁水合物Fe2O3·nH2O和氢氧化铁（FeO(OH), Fe(OH)3）也就是俗称的铁锈。

（严重的铁锈）

实际上本文第一张图中的铁块表面也有氧化层，只不过肉眼不能分辨。

由于有一层氧化物的阻隔，即使是将两块打磨得极其平整的铁块放在一起，它们的铁原子间不会相遇，也不会有组成新金属键的机会。

那么在真空中，没有了氧化层，两块铁能粘合在一起吗？

冷焊

焊接是一种以加热、高温或者高压的方式将金属或其他热塑性材料结合在一起的技术，焊接的方式有许多种，但有一种方式比较特别，这就是冷焊。

冷焊是应用机械力、分子力或电力使得焊材扩散到器具表面的一种工艺，这意味着不需要给金属加热，只需要对它施加力，金属就可以被“焊”到一起。

（通过向两片光洁的金属施加高压使其焊接在一起）

从这个角度看，将两块铁靠在一起，如果它们之间没有氧化物的阻隔，铁原子间通过电子的交换似乎也能达到焊接的目的。

一个可能由冷焊造成故障的例子，就是伽利略号木星探测器。

（地面组装完成的伽利略号木星探测器，它的上方是张开的伞状高增益天线）

伽利略号木星探测器于1989年10月18日被亚特兰蒂斯号航天飞机送入地球轨道。但在探测器绕地球飞行一周后，地面控制人员发现位于它顶端的高增益天线无法完全打开，它似乎被什么东西卡住了。这个主天线有18个肋骨，像一把大伞，当驱动电机启动并对肋骨施加压力时，它们在发射时被固定的尖端应该从杯子中弹出来。结果只有15个弹出来了，使天线看起来像一把半开的伞，它完全无法工作。

（未打开高增益天线的伽利略号绕木星飞行示意图）

为了解决这个问题，工程师尝试对天线进行加热循环，他们先让航天器旋转到10.5 rpm的最大旋转速度以换取离心力，然后反复打开和关闭天线驱动电机，试图用“锤击”的办法使被卡住的天线肋骨尖端松开，在经过13000次的反复尝试后，打开高增益天线的努力最后宣告失败。

好在伽利略号还配有另一个小的20瓦功率低增益天线，尽管低增益天线的带宽明显低于高增益天线的带宽。高增益天线的信号发射速率为每秒134 千比特，低增益天线的发射速率仅为每秒8至16比特。但有总好过没有，伽利略还是利用这个小天线完成了许多重要的数据传输任务，包括实现了第一颗编号为951 Gaspra的小行星飞越，并在243 Ida附近发现了第一颗小行星卫星 Dactyl 。1994年，伽利略观察到彗星Shoemaker-Levy 9与木星的碰撞。

工程人员事后对伽利略号天线故障的分析认为，高增益天线的表面电镀了一层黄金，这些天线肋骨的表面由于没有涂抹润滑油，发射时产生的振动使肋骨间产生磨损，从而使它们在真空中发生了金属粘接，这就是冷焊。

（右方三根天线肋骨被认为“冷焊”在了一起）

冷焊发生的条件

太空中由于没有氧气，金属表面不会产生氧化物，失去了氧化物的阻隔，金属在相互摩擦或存在外部强大压力的情况下容易造成原子间形成新的金属键，从而发生粘接的情况。

但不是所有的金属都容易被粘接。

科学家们发现，当两片直径10纳米以下的超薄金纳米线相互接触时，它们可以在施加非常低的压力下，几秒钟内通过单独的机械接触冷焊在一起。通过高分辨率透射电子显微镜和原位测量表明，焊缝几乎是完美的，具有与纳米线其余部分相同的晶体取向，强度和导电性。

（黄金超薄纳米线的合成）

高质量的焊接归因于纳米级样品尺寸，定向附着机制和机械辅助的快速表面扩散。并且目前只在金纳米线之间和银纳米线之间观察到这样的冷焊现象，说明焊接材料本身的金属属性也是其中一个重要条件。

（超薄金纳米线的冷焊过程，b中的内置图为小方框中的放大图，清晰的表明了原子的扩散通道）

铁的金属属性与黄金不同

铁的原子序数为26，它的原子核中有26个质子和30个中子，核外有26个电子。铁原子的电子轨道分为4层，从内到外分别为2个、8个、14个和2个。

（铁原子核外电子分层）

常温状态下，铁原子通过它最外层的2个电子与相邻的铁原子结成金属键，从而形成稳定的体心立方晶体结构。

（常温下铁的体心立方晶体结构）

当铁被加热到911.85-1393.85摄氏度（1185-1667 K）之间时，铁原子间的相互连接会发生改变，它的晶体结构会变成与黄金一样的面心立方金属晶体。

（高温下铁的面心立方晶体结构）

当两个铁原子团相遇时，它们不会因为相互接触而发生金属键的断裂重组，因为铁的最外层电子已经与其相邻的铁原子组成了稳定的联系。在这种情况下，铁最外层原子会对外来的原子产生静电排斥力。要想打断原有的金属键，必须给它提供额外能量，比如将铁加热到相当高的温度、施加更大的压力或通过强大的电流。

总结：

冷焊现象在纳米尺度下的黄金或白银纳米线发生，与金银元素本身的原子特性有关，也与其在纳米尺度下原子间相互作用力相关。理论上在真空环境下金或银因为相互摩擦会发生冷焊，航天器在设计和制造过程中也会将活动构件有可能发生的金属粘接因素考虑进去。但这不表示将两块打磨光滑的铁相互靠近就能发生冷焊，从而粘接在一起。要想实现两块铁的焊接，必须要对它们施加外部作用，打破铁原子间已有的金属键结构，从而在两块铁之间形成新的金属键。

以上就是我的观点，欢迎你参与讨论。

老粥科普

世上本无绝对光滑平整的东西，但你既然说有，那我可以回答一下，题主说“绝对光滑平整”显然就是在诱导大家：两块有一面绝对光滑平整的铁块，对着放在一起能变成一块铁。我也是这个结论，但有个前提条件：必须处于低温超真空环境中，意思就是两表面不能污染。有人说这就是冷焊，我认为不全是，下面先来看一看什么是冷焊。

所谓的冷焊是指利用机械力、分子力、电力使得焊材扩散到器具表面的一种工艺方法。它对表面粗糙度要求并不高，主要用于修复金属表面的磨损、划伤、小气孔、砂眼等小缺陷。

冷焊现象确实特别容易发生在超低真空和低温环境下（真空度高于10的-8次方），比如说高轨或深空航天器，

而题主所说的情况不涉及电力和机械力，只依靠原子分子力了。准确地说这是最理想化的冷焊了。绝对光滑平整能达到什么程度？这就要看什么程度叫绝对光滑平整。
如果表面粗糙度Ra能达到纳米（10^-9米）和皮米（10^-12米）之间的程度，即分子作用力（范德华力）所需的距离（10^-10米）以下叫绝对光滑平整，那么两块有一面绝对光滑平整的铁块对放在一起，能变成一块。但再说一次前提，必须超真空，表面不能被氧化污染。可是现实中难以实现，第一，真空度达不到。第二，目前表面粗糙度最高级别为Ra=0.012μm=1.2x10^-8米，比起10^-10米还差两个数量级。不过差的不算大，不久的将来肯定能达到，那时我们不妨再做这个试验。好了，我的答案到此结束。

物原爱牛毛1

如果你的假设前提，两块表面绝对光滑平整的铁块，这两个面接触在一起，那么我的回答就是：完全有可能发生，在学术领域被称为冷焊现象。

我为什么要强调您的前提条件呢？

第一、在地球表面空气中，裸露的金属面会迅速氧化，形成一个氧化层，这样两块金属在一块的时候，会因为氧化层的阻隔而无法发生冷焊现象。

第二、地球上空气的存在会使两块金属之间有所阻挡，所以两块金属的金属原子难以直接相连，那么冷焊现象当然就不容易发生了。

在题主所强调的前提下，我们可以认为，这两个光滑表面原子以晶体晶格规则完整排列、并且没有氧化情况发生。同时，同种金属光滑表面接触，此时铁原子之间距离可以达到很近足够粒子间作用力发挥作用，自然就会束缚在一起。

我是郭哥论道，一个致力于科普相对论、量子力学、计算机、数学，让深奥的科学理论通俗易懂起来、让科学更有趣、更有料的科普搬运工。欢迎点赞、关注、评论，但也不禁止吐槽、谩骂和人身攻击，你们有这个权力，不管怎样，都是对老郭的支持，哈哈哈！！！

郭哥聊科学

两块有一面绝对光滑平整的铁块，对着放在一起能不能变成一块铁？

两块表面粗糙度比较细的铁块表面都会有部分粘滞的效果，当然这并不是一个整体，只是表示在足够平整时分子间的作用力（范德华力）会将两个表面紧紧贴在一起，但这与一个整体的距离还相距遥远，因为此时两者之间的“粘合力”仍然只是物体之间的相互作用力范畴内！

做过钳工的朋友应该对这种现象记忆犹新，因为两个加工极为平整的铁块表面贴合时会有一种粘滞的感觉！但无论再平整，在大气环境下，两个表面是难以长到一起的！不过这是一种叫做冷焊的现象，这种现象在大气中是有条件实现的，一般可以应用机械力、电力或者分子力使焊材扩散到对象表面的一种方式！但在真空中两块平整表面却比较容易发生冷焊现象，因为没有了氧化层的干扰，金属原子间通过原子扩散交换也能达到类似焊接的目的，而且这种焊接没有热应力的干扰，只要时间足够久，焊接质量是相当不错的！

当然也并不是所有的金属都容易冷焊，超薄金纳米线的接触以及扩散与最终合成一体的过程，中间并无加热过程，而是原子扩散的结果！

上图是首先使纳米线断裂后在电子束的照射下表面露出，再在纳米片段相互靠近观测到了发生表面扩散，最后完全融合到了一起，材料缺陷消失！

当然现在已经这种方式已经成了修复金属表面微损的重要方式，现实操作中明显难以存在真空等这样的条件，而是使用机械力或者电流等条件配合，实现表面修复过程或者焊接等！不过这种在地球上用来修复表面的手段却曾经造成重大事故，这就是伽利略号木星探测器高增益天线无法打开的原因，因为镀金表面的天线反射伞状骨架在高真空的轨道上发生了冷焊，粘接在了一起！地面人员尝试NNNN次后都无法打开，最终放弃转而使用通信速率比较低的天线通讯！

可怜的伽利略木星探测器，左图是完全打开时的样子，右图是冷焊后半开的状态，当然伽利略仍然使用低增益天线完成了木星探测的关键任务，但如果能完全打开的话，相信它的成果会更丰富！

星辰大海路上的种花家

如果是在空气中，两块即便是绝对光滑平整的铁块，它们对着放在一起也无法合成一块铁。但在真空中，两块铁块可以合成一块，这就是冷焊原理。

在空气中的时候，与空气接触的那部分铁会吸附气体分子。并且铁还会被氧气氧化，形成氧化膜。由于气体分子和氧化膜的存在，阻止了两块铁结合在一起，所以在空气中不会出现冷焊的现象。

然而，在真空中，两块绝对光滑平整的铁块可以结合在一起，其原理在于原子扩散。可能有些人会有疑问了，铁块不是固体吗，为什么铁原子还能运动和扩散呢？

事实上，只要粒子的温度高于绝对零度（-273.15 ℃），其动能就会大于零，所以它们必然存在某些方式的运动，例如，平动（即平移运动，传统意义上的运动），另外还有振动、转动。无论粒子组成的宏观物体呈现为固态、液态、或者气态，或者其他物质状态，组成粒子都会存在运动。只是与液态和气态物质中的粒子相比，固态物质中的粒子运动幅度要小得多，并且这种运动不会改变物质状态。在固体中，原子会不断转移、混合、交换位置，这就是原子的自由扩散现象。

上图为金纳米线的冷焊现象

在真空中，铁的表面没有气体分子和氧化膜的阻挡，两块铁中的原子可以自由扩散，它们最终也会形成金属键，所以就能紧密地结合到一起。对于尺寸越小的金属，越容易发生冷焊的现象，科学家发现直径小于10纳米的单晶超薄金纳米线能在几秒钟内被冷焊在一起，所要施加的压力非常低。

由于冷焊现象的存在，在太空中运行的航天器曾因此出过故障，比较有代表性的例子是NASA的伽利略号木星探测器。当年，伽利略号的主天线没能正常展开，其原因就是天线的金属骨架与其他金属元件发生了冷焊。

火星一号

如果真的做到了绝对平整和光滑，确实可以做到完美连接在一起，这种现象叫做冷焊。

冷焊顾名思义就是指材料在常温下的焊接技术，其原理就是金属直接如果没有氧化膜或者其它杂原子保护，做到原子洁净的程度，则相互靠在一起就好发生黏附，进而过段时间就好焊接在一起，这里面起到主要的作用就是分子间的无阻碍扩散左作用。平常我们生活中的金属表面都会被杂原子“污染”，比如被氧气氧化生成氧化膜，这些杂原子的存在阻碍了金属间的无阻碍扩散，所以无法发生冷焊。但是如果在太空中，则偶然条件下就会发生冷焊，或者说冷焊的前期阶段-黏连。造成机械故障，比如伽利略号木星探测器就因为在太空中发生了冷焊，导致主天线没有打开。还有些卫星的太阳能电池板打不开，也是发生了冷焊作用。

正常情况下，冷焊很难发生。但是如果尺度小到一定程度，比如达到纳米级，很多材料就会直接突破某些能垒，发生冷焊现象。最早发现这个现象的就是纳米金和纳米银线之间的冷焊现象，科学家发现，尺寸在10纳米以下的两个纳米线，很容易就发生了冷焊行为。小尺寸下，物质的行为往往和宏观下完全不一样，具有很多神奇的物理和化学性质。

冷焊即有利也有弊，利的时我们可以在常温下，直接对器件进行修补。而弊端则是某些时候发生冷焊，会造成器件机械障碍，比如卫星。所以，合理利用冷焊以及合理设计器件避免冷焊，是机械设计时需要仔细考虑的。

科学探秘频道

记得人民教育出版社出版的初中物理教材中，在说明固体分子不停地做无规则的运动时，曾举过一个例子：将磨的很光滑的铅片和金片压在一起，在室温下过了五年，铅片和金片就结合在了一起，把二者切开后发现，彼此相互渗透了1mm。

当然，金和铅硬度较小，加压后两种金属表面上的原子比较容易接近。特别是铅硬度更小，表面光洁的两块铅用手就可压在一起。

铁的硬度比较大，两块铁放在一起，大量原子间距离较大，只有少数原子间距离较小，产生作用力难以将二者结合在一起。不过，这里的铁块不是普通的铁块，它太不寻常了，是绝对光滑平整的。放在一起，二者之间任何其他的东西都不会存在，大部分原子会靠的很近，原子间的作用力就会将二者拉在一起，并且二者的原子也会不断的向对方运动，虽然运动的很慢，但时间可以长一些，五年不行，就十年、二十年……所以，完全有希望成为一个整体。

甜甜向上314159

不请自来。楼下有一位朋友的回答很充分了，结论是“理想状态下可以发生”。但如果对俩铁块施加巨大压力，即使不是那么理想的状况下也会发生粘连。

对于铅、铝、纯钛等较软的金属来说，常温粘连很容易发生。两块铅叠在一起，用锤子使劲砸，很快就变成一块了。大型水下机械常常要用到铅封，就是在铁制品的孔里塞铅块。第一块塞小了不要紧，第二块接着打进去，一样可以封死。

高端自行车上大量使用铝、钛零件，二者结合时都要涂隔离剂，通常是黄油。特别是受力巨大的盘钉，要是没涂黄油就上紧，骑个一年半载，锤子都砸不开。当然，螺纹只是局部粘连，不是整个面完全融合。

虎皮青猫的小窝

既然施主提出提出绝对光滑平整，我们就假没让它在理想状态下达到光滑的要求：这个面可以切开通过他的夸克，量子，基本上，这个级别就可以满足施主的理想条件来完成这个实验。 现在，实验开始，两块铁块实验面对接。 第一个实验结果推断，两个面结合处无缝隙，无空气，气压为零。外部对两铁块施加大约一个大气压。这一个大气压就差不多把两块铁块压紧贴在一起，如果两铁块体积较小，以一人之力难将其拉开，这也就算是合成为一整块了。 第二个实验结果推断，两个理想面贴近，各个夸克，量子间隙均能达到正常距离，分子间，粒子间这种弱作用力就能起到吸引作用，两个面一接触就能主动吸合在一起。 这样，在大气压的作用加上粒子间的弱相互作用外合里应状态下，就成了一整块铁块。

關鍵字: 两块 科学 平整