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那么，就让我们“亡羊补牢”地了解一点有关粉尘爆炸的知识吧。
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貌似无害的粉尘为什么会爆炸呢？原理其实跟普通物体的燃烧相似。我们知道，物体燃烧需若干要素，比如可燃物、助燃物（比如氧气）及热源（比如火）。粉尘爆炸本质上是一种极快速的燃烧，因而也需这些要素。不同的是：普通物体在点燃及燃烧过程中燃烧部位的热量会因传往内部而损失，从而增加点燃难度，且减缓燃烧速度；而粉尘由于体积细微，因传往内部而损失的热量微乎其微，从而往往容易点燃，且燃烧很快，甚至连一些传统上不可燃烧的物体（比如金属）或燃烧缓慢的物体（比如木材），一旦成为粉尘，也会变成能快速燃烧的可燃物。
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但这还不是最关键的，因为粉尘还有一个更要命的特点，那就是总表面积超大。小不点儿的粉尘，总表面积怎么会超大呢？这是因为物体磨碎后粉尘线度越小，粉尘数量就越大，而且跟粉尘线度的立方成反比（因为单个粉尘的体积跟粉尘线度的立方成正比）。另一方面，单个粉尘的表面积是跟粉尘线度的平方成正比的。因此粉尘的总表面积——即粉尘数量乘以单个粉尘的表面积——跟粉尘线度成反比，线度越小，总表面积就越大。比如一个质量为8千克的铁球的表面积约为0.05平方米，一旦磨碎成线度为50微米——约相当于面粉粉尘的线度——的粉尘，总表面积将增至120平方米。由于燃烧主要发生在可燃物与助燃物的接触面上，因此总表面积超大使粉尘具有了足以导致爆炸的超高的可燃性。
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总表面积超大与粉尘爆炸的关系还可以从另一个角度来理解，那就是物体的表面通常具有所谓的“表面能”（surface energy），表面积越大，表面能就越高。因此粉尘的总表面积超大意味着总表面能超高（这种表面能来自于将物体磨碎时所投入的能量）。在物理上，能量高的状态通常是不稳定的，容易经由物理或化学变化释放能量。粉尘爆炸就是一种释放能量的过程。
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不过，粉尘爆炸也并非毫无门槛，而是要求粉尘达到一定的浓度，且处于弥散状态（因为弥散状态能最有效地体现总表面积超大的“优势”，与助燃物充分接触）。粉尘爆炸门槛的存在提示了消除粉尘爆炸隐患的一个重要手段：除尘——即降低处于弥散状态的粉尘浓度。而前面提到的中荣金属制品有限公司抛光车间之所以发生粉尘爆炸，除尘能力不足是重要原因之一。
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粉尘爆炸的另一个值得注意之处，是它的威力有很大部分来自所谓的“继发性粉尘爆炸”（secondary dust explosion），即初次粉尘爆炸——也称为“原发性粉尘爆炸”（primary dust explosion）——的冲击波将周围的积尘扬起，使之达到粉尘爆炸门槛所要求的弥散状态而引发的更大规模的爆炸。当然，积尘也可以由其他原因而被扬起，那同样有可能引发爆炸，比如前面提到的本溪湖煤矿的煤尘爆炸是由瓦斯爆炸引发的；“二战”期间那几家英国面粉厂的粉尘爆炸则是由德国空军投掷在周围的炸弹爆炸引发的。由于积尘所具有的这种危险性，美国消防协会（National Fire Protection Association，NFPA）将厚度在1/32英寸（约0.8毫米）以上，且占房间表面积5％以上的积尘列为粉尘爆炸隐患。
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看来粉尘虽小，却是很危险的东西。不过，也别把它看得太负面了，就像炸药并非只能用于破坏，粉尘爆炸也可以有正面的应用。事实上，当你在电影里欣赏惊险绝伦的爆炸特效，或在节日里观看绚丽多姿的焰火表演时，你所看到的有可能也是粉尘爆炸。
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(1) 本文发表于《科学画报》2014年第10期（上海科学技术出版社出版）。
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霍金的派对：从科学天地到数码时代 尘埃，无处不在的尘埃(1)
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2013年12月14日，一个值得铭记的日子，中国“嫦娥三号”月球探测器在月球表面软着陆成功。次日，“玉兔号”月球车缓缓驶出，在月面的尘埃中留下了一串车辙印。距此44年前的1969年7月20日，另一个值得铭记的日子，美国“阿波罗11号”（Apollo 11）的宇航员登月成功，在月面的尘埃中留下了一串脚印。比那更早11年的1958年，在一个无人记得的日子里，美国作家阿西莫夫（Isaac Asimov）发表了一篇题为《岁月的尘埃》（The Dust of Ages）的短文，对月面上几十亿年累积的尘埃数量进行了估算，结论是尘埃厚度约为几十英尺（约十米以上）。阿西莫夫据此想象：人类第一个登月航天器将会在月面的尘埃中遭遇“没顶之灾”。
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阿西莫夫错了。
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但那是一个可以原谅的错误。因为它比人类最早的月面软着陆（1966年）早了8年，无事实可鉴，所凭借的数据本身也有着时代局限。而且，我们都难免会受地球经验的影响。在地球上，尘埃的数量是惊人的，且无处不在：一束射入房间的阳光，就能照出飞舞的尘埃；一个几天不扫的房间，就会蒙上薄薄的尘埃；更不用说让人越来越头疼的“沙尘暴”和“雾霾”了。
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不过，地球尘埃虽无处不在，我们对它的了解其实仍很有限。比如长期以来，人们一般认为室内的尘埃大都来自人类或宠物的毛发和表皮细胞、地毯及家具表面的脱落物、昆虫尸体及其分解物等。这些都产生于室内。但2009年，美国亚利桑那大学（University of Arizona）的几位科学家在用计算机模拟等手段对尘埃扩散进行研究之后却提出，室内的尘埃约有60％是来自户外的。看来，就连这样一个用福尔摩斯的话说该是很“初等”（elementary）的问题，其答案也是有争议的。这项研究看似冷门，若被证实，却是可以有很多应用的，比如由于其对尘埃扩散的分析具体到了各种成分上，因而对控制特定类型的尘埃可能会有所助益。此外，若室内的尘埃果真约有60％来自户外，那么遇到“雾霾”时恐怕不是在家里“躲猫猫”就可以高枕无忧的。
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尘埃不仅存在于行星、卫星等固态天体的表面上，也普遍存在于太空中。比如在暮色或晨曦中有时可以见到的所谓“黄道光”（zodiacal light）就是阳光被太空中的尘埃散射所形成的。不过，科学家们对那些尘埃的具体来源也有一定的争议。与地球上的尘埃令人讨厌不同，太空中的尘埃乃是组成行星的原料——当然，也是组成我们这些小小生物的原料。那些原料中的重元素乃是在恒星内部炼制出来的，因而某些太空尘埃有一个很浪漫的名称，叫做“星尘”（stardust）。从某种意义上讲，我们都是“星尘”的后裔。
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尘埃的重要性还体现在另一个很重要的方面，那就是蕴含着有关环境的重要信息。比如房间里某些久不被打扫的尘埃有可能蕴含着房间内外环境变迁的信息，而太空中的尘埃因更长时间无人“打扫”，往往如化石般蕴含着远古环境的信息。这后一点引起了科学家们的浓厚兴趣。作为这种兴趣的体现，2013年9月7日，美国国家航空航天局（NASA）发射了一个“月球大气与粉尘环境探测器”（Lunar Atmosphere and Dust Environment Explorer，LADEE），旨在对月球附近空间里的尘埃进行研究。“嫦娥三号”登月之后，美国国家航空航天局的月球探索分析组（Lunar Exploration Analysis Group）主席帕雷斯卡（Jeff Plescia）曾担心“嫦娥三号”着陆过程中喷射出的气体及激起的尘埃有可能干扰“月球大气与粉尘环境探测器”的工作。但另一些专家——比如美国加州大学洛杉矶分校（University of California，Los Angeles）的天文学家里奇（Michael Rich）——则表示，那非但不是干扰，而且还能为“月球大气与粉尘环境探测器”提供独特的研究机会，因为“嫦娥三号”喷射出的气体的成分是已知的，很容易区分，相反，通过观测那些气体及着陆过程中激起的尘埃在月球附近空间的扩散，人们可以获取有关月球附近空间里尘埃分布的额外信息。看来，“嫦娥三号”对“月球大气与粉尘环境探测器”究竟有何影响也是一个有争议的问题。
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也许，唯一没有争议的是：尘埃是一个在很多方面都值得研究的课题。
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(1) 本文发表于《科学画报》2014年第2期（上海科学技术出版社出版）。
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