生命奥秘 7种日常事物中的神秘物理学...

7种日常事物中的神秘物理学

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【新三才首发】物理学家已经认识到了宇宙中的一些非常细致的细节,从黑洞的半径到亚原子粒子的行为,我们甚至都看不到这两者。然而,对于我们在日常生活中观察到的许多常见的现象,他们却没有解释(或者最近才偶然发现它们),这可能会让你感到惊讶。

正如你将在以下的叙述中了解到的那样,一些最神秘的东西可能就是那些看起来很平凡的东西。

坚果

也许你已经注意到,在混合坚果的碗里,巴西坚果似乎总是位于最上层。这被称为「巴西坚果效应」,看似平凡的现象实际上是多体物理学(即描述大量相互作用物体的科学)中最大的未解之谜之一。

在各种各样的东西中(无论它们是坚果,沉积物还是其他不同大小的物体),尽管它们受到更大的重力作用,但随着时间的推移,较大的碎片会上升到顶部,而较小的物体随着时间的推移则倾向于下沉。也许这些小东西穿过了空隙。可能对流也起了作用,小颗粒的聚集也可能起作用。所有这些或者更多的可能性可能有助于解释巴西坚果效应,但没有人知道是哪些因素,或有多大作用,所以电脑还不能成功的模拟出这种现象。

不仅坚果制造商,还有物理学家,天文学家和地质学家都会从对这个效应的理解中受益,所以下次你吃坚果或格兰诺拉麦片,或者从一碗多力多滋的底部捞出碎屑时,试着思考一下涉及的物理学。

泡沫

今天有洗泡泡浴吗?应该没有,但你可能已经刮过胡子,洗过碗盘,喝了拿铁或啤酒,或者,幸运的话,吃了一块派,上面再撒上一点奶油。

我们经常遇到泡沫,我们很少有人退一步来欣赏看看这些东西到底有多奇怪。作为初学者,让我们思考一下:生奶油是固体,液体还是气体?

加州大学洛杉矶分校物理学教授Douglas Durian表示,泡沫通常含有95%的气体和5%的液体。不知何故,这样合成之后也赋予了它们固体的某些特性。泡沫中的气体将液体分离,形成微小气泡的基质,如果气泡的液体壁足够刚硬,泡沫有时可以保持其形状。

然而,没有公式可用于根据泡沫的大小或其液体的含量来准确预测泡沫的硬度或渗漏程度。Durian告诉NASA的科学家说,「关于泡沫的物理学知之甚少」。

一个半世纪以来,科学上的探究尚未确定为什么冰会让你跌倒。科学家们一致认为,固体冰面上的一层薄薄的液态水会让它变的滑溜,流体的流动性使它变得难以在上行走,即使这个水层很薄。但是,对于为什么冰与大多数其他固体不同,会有这样的一层,并没有达成共识。

理论家推测,它可能是在冰面上的滑动融化了表面的冰。而有其他人认为在拖鞋到达冰面之前,流体层就在那里,并且不知何故是由表面分子的固有运动产生的。

我们知道你正在寻找某人或某事来出气,因为你正躺在冰面上冒火,但不幸的是,陪审团在这个问题上仍找不到凶手。

谷类

你可能会,也可能不会思考为什么早餐的麦片会聚在一起或粘在装牛奶碗的边上。科学家们称之为Cheerios效应,这种聚集现象适用于任何会漂浮的东西,包括碳酸饮料中的泡泡以及早晨刮胡子后水中的胡渣颗粒。

剑桥大学的研究生Dominic Vella和来自哈佛大学的数学家Lakshminarayanan Mahadevan是第一个用简单的物理学来解释这种效应的人,发表在他们2005年的论文里。他们证明,Cheerios效应来自液体表面的几何形状。

表面张力使牛奶的表面在碗的中间略微塌陷。因为牛奶中的水分子被玻璃吸引,牛奶的表面在碗的边缘向上弯曲。由于这个原因,靠近边缘的麦片沿着这条曲线向上漂浮,看起来好像它们紧贴着边缘。

同样由于表面张力,漂浮在碗中间的麦片会使牛奶的表面凹陷,从而在其中产生下陷。当两块麦片接触时,它们的两个凹坑合而为一,并且它们粘在一起停在那里。

磁铁

磁铁:非常奇怪,是吧?他们怎么了?

克利夫兰州立大学的物理学教授,也是知名的教科书《物理学基础》(Wiley出版,2007年第8版)的共同作者Jearl Walker解释说,磁场自然地从构成原子的带电粒子向外辐射出来,特别是电子。

通常在物质中,电子的磁场指向不同的方向,彼此相互抵消。(这就是为什么你路过冰箱时身体中的电子不会让你吸附上去)。但是就像许多金属的现象,当物体中的所有电子产生的磁场朝向同一个方向时,(很显然地,在磁铁中是这样),会产生净磁场。这会对其他磁性物体施加力,根据其自身磁场的方向来吸引或排斥它们。

不幸的是,试图在更深层次上理解磁性,基本上是不可能的。虽然物理学家提出了一种称为「量子力学」的理论,它可以非常精确地解释粒子的行为,包括它们的磁性,但是没有办法直观地理解这个理论的真正含义。

Walker告诉《生活小秘密》说道,物理学家们想知道:为什么粒子能辐射磁场,什么是磁场,为什么它们总是在两个方向之间对齐,给磁铁带来北极和南极?「我们只是观察到当你让带电粒子移动时,会产生一个磁场和两个磁极。我们真的不知道为什么。它只是宇宙的一个特征,而数学解释只是尝试通过大自然给的『家庭作业』来得到解答」。

静电

静电冲击和它们令人产生不快一样的神秘。我们所知道的是:它们发生在你的身体表面积聚了过量的正电荷或负电荷,当你触摸某些东西时产生放电并让你达到电荷中和。或者,它们可以在你的手碰触到聚积过多静电的门把时发生。在这种情况下,你是过量电荷的逃逸路径。

但为什么会积累电荷?目前还不清楚。常见的(也可能是部分正确的)解释说,当两个物体在一起摩擦时,摩擦力将电子从其中一个物体中的原子上剔除,然后这些电子移动到第二个物体上,使第一个物体留下过量带正电的原子和提供第二个物体过量带负电的电子。然后两件物品(你的头发和羊毛帽)将被充满静电。但是为什么电子从一个物体流向另一个物体,而不是两个方向互相移动?

这一点从未得到令人满意的解释,西北大学研究员Bartosz Grzybowski最近的一项研究发现,事实甚至可能不是这样。正如《科学》期刊6月刊中所详述的那样,Grzybowski发现在带静电的物体上存在过量的正电荷和过量的负电荷。他还发现,当物体被在一起摩擦时,似乎整个分子在物体之间迁移。

显然,对静电的解释正在发生变化。

彩虹

当阳光照射在地球大气层的水滴上时会形成彩虹。这些液滴就像是棱镜一样,「折射」出或将光分离成它的成分颜色,并使它们在与太阳相反的方向上以40到42度的角度射出。

当然,彩虹在科学上不再神秘。它们来自于光线穿过球形液滴的方式:它首先被折射进入每个液滴的表面,再从液滴的背面反射出来,并在离开液滴时再次发生折射,所有这些反弹路径造成它最终的角度方向。这种解释自17世纪物理学家艾萨克牛顿(Isaac Newton)时代就已为人所知。

但想像一下在此之前彩虹会是多么的神秘!因为它们如此美丽而且如此令人费解,它们在很多早期宗教中都有出现。例如,在古希腊,人们认为彩虹是神的信使在地球和天堂之间旅行时所做的道路。

(编译:心宇)

(责任编辑:姜启明)

(文章来源:新三才首发)

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