猫究竟是固态还是液态

2018-01-25 21:14胡晓鸣
知识窗 2018年1期
关键词:波拉液态座右铭

胡晓鸣

美国东部时间2017年9月14日晚6点,2017年度“搞笑诺贝尔奖”在哈佛大学桑德斯剧院出炉,今年的获奖项目还是一如既往地让人忍俊不禁。

如果您家有宠物,又恰好是一只猫,那么,您可以重点关注一下今年的“搞笑诺贝尔物理学奖”。因为今年这个獎项颁给了法国研究人员马克·安托万,他的研究项目是用流变学来研究猫究竟是固态的还是液态的。

我们知道,固体是物质维持形状和体积的一种状态;液体是物质保持体积并适应环境形状的一种状态。而猫,却可以随意伸缩和改变身体的状态,例如,把自己塞进一个比自身小很多的器皿内。这样看起来,猫似乎也符合液体的理论设定。

之前,也有很多网友针对这个有趣的问题展开了激烈的讨论,但这样正儿八经地通过流变学以及数学公式来论证这一理论,并以论文的形式呈现出来的,马克还是第一个。马克认为,猫可以同时以液体和固体两种形式存在。为此,他逐一测算了猫在各种环境下的底波拉数。

底波拉数(De),是流变学中的一个无量纲量,用来描述材料在特定条件下的流动性,定义为弛豫时间及观测时间尺度的比值。当De<1时,材料表现出似流体的力学响应(可以理解为是液体);当De>1,材料表现出似固体的力学响应(可以理解为是固体)。经测算,马克发现,猫的De相当接近于1,在较短的时间范围内,猫的De大于1,所以我们觉得猫是固态的。

可是,只要猫在杯子、盆子之类的容器里睡着了,时间一长,再进行测量,那么De就小于1了。没错,从科学定义上来看,呼呼大睡的猫是液体无误。

而且,马克还发现,幼年猫的De数比成年猫更低,也就是说,小猫比老猫更接近于液体。 猫可以拉伸自己,也可以压缩自己来适应周围的空间。在短时间尺度上,一只站立、跳跃的猫,会被认为是一只固态猫。对于长时间尺度,当你发现一只猫占据了一个酒杯、玻璃器皿时,就可以认为这只猫是液态了。而且,由于猫自身存在运动,不会像其他流体(如水)一样表现出被动性,所以猫的流变性体现出了一种不稳定性,可能它在你怀里的时候是液态的,而从你怀里走开的时候又立即变成了固态。

总而言之,猫被证明是线性和非线性制度中,流变学研究的丰富模型系统。正如赫拉克利特的观点“万物皆流,无物常住”被视为流变学的座右铭一样,“万猫皆流,无猫常住”也是猫的座右铭。马克认为,猫极有可能为流变学研究提供更丰富的模型。endprint

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