摩擦起电为何两千年没有定论，科学家找到一层分子级的“污垢”

摩擦起电是最古老的物理现象之一，却始终缺乏统一解释。摩擦起电序列并不完美，不同实验得出的材料排序总有差异，也没有人确切知道是材料的什么性质决定了它更易带正电或负电。科学家甚至无法解释，为什么两个完全相同的物体接触时也会带电。

为攻克这一难题，格罗让及其合作者设计了一套极尽精细的实验：用超声波的声学力将一颗微小的二氧化硅玻璃珠悬浮在空中，避免任何直接接触，因为哪怕用镊子夹一下都可能改变结果。随后关闭超声波，让玻璃珠自由坠落，与下方同材质的靶板碰撞，并在反弹瞬间再次用声波捕获它，完成一场无接触接球。

实验结果出人意料。每颗玻璃珠都表现出稳定的带电倾向，但珠子之间存在巨大差异：有的撞击靶板时总是带负电，有的总是带正电。当团队把玻璃珠加热到200℃并冷却以清洁表面后，规律骤然改变：清洁过的玻璃珠撞击未清洁的靶板时，几乎总是带负电。

进一步的显微分析揭示了原因：加热过程剥离了玻璃表面一层富碳分子薄膜，而这类碳质化合物来自环境空气，会无形中吸附在几乎所有物体表面。正是这层厚度仅分子级的“污垢”，打破了相同材料接触时的电荷对称性。这项成果已于稍早时间发表在《自然》杂志上。

金属接触的情形相对清晰：不同金属的功函数存在差异，两种不同金属接触时电子会移向功函数更高的一种，使其带负电。但科学家希望把理解拓展到金属之外。2025年发表于《物理学进展报告》的论文提出，可将静电问题拆解为“机制”“驱动”“外因”三部分。

德国杜伊斯堡-埃森大学物理学家罗尔夫·莫勒表示，静电本质上是一种微妙效应，大约每10万个原子才会遇到一个多余或缺失的电子，“人们追踪的是在所有事物中占比极小的少数派，而这正是它如此困难的原因”。科学家估计，建立统一理论可能还需要10年。