Οι δομικοί λίθοι από τους οποίους δομούνται τα στερεά δεν είναι τοποθετημένοι τυχαία στο χώρο που καταλαμβάνουν. Η χωρική κανονικότητα, περιοδικότητα, και συμμετρία είναι αρχιτεκτονικές διαδρομές που ακολουθεί η φύση στην τοποθέτηση των δομικών λίθων στον χώρο κατά τη δημιουργία ενός στερεού σώματος. Η φύση δημιουργεί όμορφα στερεά σώματα. 

Η φύση δεν δημιουργεί ομοιόμορφες στερεές δομές, υπάρχει ποικιλία αρχιτεκτονικών κατασκευών, που όλα όμως έχουν κανονικότητα, περιοδικότητα και συμμετρία, άλλες είναι απλές κατασκευές και άλλες πολύπλοκες. Αν μπορούσαμε να διακρίνουμε την πόλη των στερεών σωμάτων θα αντικρίζαμε διαφορετικά σπίτια. Γιατί όμως η φύση δημιουργεί αρχιτεκτονικά, πολλά, ποικίλα, στερεά όσον αφορά τη χωρική διάταξη των δομικών τους υλικών;

Ποιο είναι το κριτήριο της επιλογής για τη δόμηση του ενός ή του άλλου οικοδομήματος; Ανάλογα με τα υλικά που έχει στα χέρια της η φύση, ανάλογα με τις δυνάμεις που αναπτύσσονται μεταξύ των δομικών λίθων, τοποθετεί έτσι στο χώρο τους δομικούς λίθους (τηρώντας πάντα τα κριτήρια της κανονικότητας, περιοδικότητας, και συμμετρίας) ώστε για τη δόμηση του κάθε ένα διαφορετικού στερεού να ξοδεύεται κάθε φορά  η ελάχιστη ενέργεια! Αλλιώς θα διατάξει στο χώρο το  νάτριο και χλώριο για να δημιουργήσει το χλωριούχο νάτριο, αλλιώς άλλο τον άνθρακα για να δημιουργήσει διαμάντι. Η φύση κάνει τη μέγιστη δυνατή οικονομία στη δαπάνη ενέργειας στη δόμηση ενός στερεού σώματος. Δεν παραβιάζει ποτέ την ενεργειακή οικονομία η φύση  για να χτίσει ένα "σπίτι" πιο όμορφο, πιο λαμπερό, πέραν από τις ενεργειακές της δυνατότητες. 

Για παράδειγμα, αν έχει στα χέρια της η φύση  άνθρακα και πολύ ενέργεια, και αυτό γίνεται στα βάθη της γης όπου υπάρχουν υψηλές θερμοκρασίες (3000 βαθμοί Κελσίου) και πιέσεις (100.000 ατμόσφαιρες), θα διατάξει έτσι τον άνθρακα στο χώρο ώστε να προκύψει ένα πολύτιμο οικοδόμημα, το διαμάντι, που θα είναι σκληρό, αχάρακτο, διάφανο, λαμπερό. Άνθρακας ο θησαυρός! Σε ένα φτωχό ενεργειακό περιβάλλον από άνθρακα θα σχηματιστεί  ένα φτωχικό οικοδόμημα, αδιαφανές και σκουρόχρωμο, που εύκολα  χαράζεται, ο γραφίτης, χρήσιμος για γράφουμε. Άνθρακας ο γραφίτης! 

Η φύση δεν δανείζεται ποτέ!

 Τα δάνεια δούλους τους ελεύθερους ποιεί.

 Μένανδρος

Γραφένιο

Ένα απλό σελοτέιπ βοήθησε στην ανακάλυψη του 21ου αιώνα, στην ανακάλυψη του γραφενίου.  Με ένα απλό σελοτέιπ δύο Ρώσοι επιστήμονες απέσπασαν από γραφίτη ένα δισδιάστατο επιφανειακό φύλλο άνθρακα που είχε πάχος ενός ατόμου άνθρακα. Είναι το πιο λεπτό στρώμα υλικού σώματος. Αν και το αποτελούν άτομα άνθρακα, αυτό συμπεριφέρεται ως μέταλλο. Άρα είναι πολύ καλός αγωγός της θερμότητας και του ηλεκτρισμού! Είναι εύκαμπτο αλλά πιο σκληρό από το διαμάντι.  Ευλύγιστα και διάφανα κινητά, ελαφρύτερα αεροπλάνα, τεχνητοί αμφιβληστροειδείς, μπαταρίες που δεν ξεφορτίζουν σχεδόν ποτέ και θα επαναφορτίζονται σε απειροελάχιστο χρόνο. Aυτά είναι μόνο μερικά από τα «θαύματα» που μπορεί σύντομα να πραγματοποιηθούν από τον «μαύρο χρυσό» του 21ου αιώνα. Προσφέρει ανέξοδη πλήρη διύλιση του νερού, από αυτή την ιδιότητα και μόνο, την απομάκρυνση βλαβερών ουσιών από το διαθέσιμο νερό, αναμένεται να επωφεληθούν ένα δισεκατομμύριο άνθρωποι.

 Μη περιφρονούμε ό,τι μας φαίνεται φτωχό.

Μπορεί να μην έχουμε ανακαλύψει τον πλούτο που κρύβει.

Φαίνεται, όμως, ότι σε κάποιο προπατορικό αμάρτημα έπεσαν οι δομικοί λίθοι κατά την ένωσή τους! Αν και οι νόμοι της Φυσικής απαγορεύει δύο σώματα να έλθουν σε επαφή, ακόμα και τα ανθρώπινα! Έτσι,  απαγορεύτηκε στα στερεά σώματα να είναι τέλεια όμορφα. Τους επιβλήθηκε να έχουν πάντα ατέλειες! Να διακόπτεται δηλαδή η κανονικότητα, η χωρική περιοδικότητα και η συμμετρία στην πλεγματική τάξη.  Ένα παράδειγμα ατέλειας είναι το εξής: Ένα μητρικό άτομο εγκαταλείπει την πλεγματική του θέση που παραμένει κενή, δημιουργώντας έτσι ένα πλεγματικό κενό, μια ατέλεια. Το άσωτο άτομο ή θα πάει στην επιφάνεια με διαδοχικά βήματα, σαν μεθυσμένο,  στην επιφάνεια του κρυστάλλου ή θα σφηνωθεί σε κάποια μεσοπλεγματική θέση εσωτερικό του κρυστάλλου δημιουργώντας μια ακόμη ατέλεια.

Έτσι, τα στερεά έχουν και αυτά κάτι άπιαστο να θαυμάζουν! Θαυμάζουν το τέλειο, το χωρίς ατέλειες στερεό σώμα, το σώμα που απαγορεύεται από την άτεγκτη θερμοδυναμική να υπάρχει! 

"Το ερωτικό σώμα δεν είναι ποτέ άψογο.

 Η γοητεία του βρίσκεται στις μικρές ατέλειες,

 αυτές που συνιστούν τη μοναδικότητά του."

Θανάσης Βαλτινός / Κρασί και νύμφες / Εστία

Αντιστοιχούν λίγες  ατέλειες σε πολλά εκατομμύρια κανονικών πλεγματικών θέσεων σε κανονικές θερμοκρασίες! Αν και οι ατέλειες είναι συγκριτικά ελάχιστες, αμελητέες,  είναι αυτές που καθορίζουν τη συμπεριφορά του στερεού. Αυτές καθορίζουν, για παράδειγμα, τη συμπεριφορά του στερεού ως καλού αγωγού  του ηλεκτρικού ρεύματος, αν θα σπάει το υλικό εύκολα ή δύσκολα, ή και το τι χρώμα θα έχει ένας κρύσταλλος! 

Γιατί όμως υπάρχουν πάντα ατέλειες; H φύση χάλασε την ομορφιά για χάρη μας! "Όσο θες πολέμα. Δεν έχει φτέρνα η τελειότητα" - Οδυσσέας Ελύτης. Πολλές από τις ιδιότητες των στερεών σωμάτων δεν οφείλονται στην κανονικότητα, περιοδικότητα, συμμετρία της δομής τους, στην ομορφιά τους, οφείλονται στις ατέλειες που έχουν! Πολλά από τα υλικά που συμμετέχουν στο τεχνολογικό θαύμα θα ήταν άχρηστα αν δεν είχαν ατέλειες. Οι ημιαγωγοί αν δεν είχαν ατέλειες θα ήταν εν πολλοίς άχρηστοι. Γίνονται χρήσιμοι αν εμβαπτίσουμε σε αυτούς ξένους προς αυτούς δομικούς λίθους, ξένες προσμίξεις, που για τα μητρικά σώματα είναι ατέλειες. Αλλάζοντας το είδος και την ποσότητα των προσμείξεων παίρνουμε υλικά με νέες επιθυμητές ιδιότητες. Από τα  πεπερασμένα φυσικά υλικά μπορούμε να δημιουργήσουμε άπειρα νέα υλικά! Πολλά από τα στερεά είναι οι προσμίξεις τους! Τι "θαύματα" υπάρχουν γύρω μας...

Είμαστε και εμείς οι "προσμίξεις" μας! 

 

...Κάθε επιφάνεια της σάρκας μου κάπου τη χρωστάω 

αν σ’ αγγίξω με την άκρη του δαχτύλου μου 

σ’ αγγίζουν εκατομμύρια άνθρωποι,

αν σου μιλήσει μια λέξη μου 

σου μιλάνε εκατομμύρια άνθρωποι - 

Θ’ αναγνωρίσεις τ’ άλλα κορμιά που πλάθουν το δικό μου;

 Θα βρεις τις πατημασιές μου μες σε μυριάδες χνάρια; 

Θα ξεχωρίσεις την κίνησή μου μες τη ροή του πλήθους;... 

Τίτος Πατρίκιος

Ο αριθμός των ατελειών είναι μικρός σε συνήθεις συνθήκες, περίπου σε ένα εκατομμύριο κανονικών κατειλημμένων θέσεων υπάρχει μία πλεγματική ατέλεια. Όσο ζεσταίνονται τα στερεά, τόσο αριθμός των ατελειών μεγαλώνει. Όταν έχουμε μια ατέλεια σε κάθε χίλιες κανονικές θέσεις το στερεό χάνει την υπόστασή του, λιώνει, γίνεται υγρό. 

Τα λίγα ελαττώματα είναι δημιουργικά, προσδίδουν μοναδικότητα, κρύβουν μια πιθανή ανεκμετάλλευτη χρησιμότητα, τα πολλά είναι καταστροφικά! 

Συμβαίνει κάτι τέτοιο και σ' εμάς; Ισχύει αυτό:

"Τέτοια εύστοχη δείξε αδεξιότητα

και να ο Θεός."

Οδυσσέας Ελύτης