“咕嘟咕嘟”,可樂杯里升起一串串氣泡。你可能以為這只是簡單的上升,其實(shí)它們正悄悄上演一場微型風(fēng)暴。最近,一群科學(xué)家盯著這些氣泡看了個(gè)夠,結(jié)果把1941年一位蘇聯(lián)數(shù)學(xué)家寫下的公式給“驗(yàn)真”了。
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氣泡風(fēng)暴,肉眼看不見
在11.5厘米寬的水柱里,研究團(tuán)隊(duì)放出一群直徑3到5毫米的氣泡。四臺(tái)高速相機(jī)每秒拍2500張照片,連水分子的小尾巴都逮得住。他們發(fā)現(xiàn),當(dāng)氣泡不大不小、數(shù)量不多不少時(shí),周圍的水會(huì)突然變得“規(guī)矩”——亂流的小漩渦尺寸、速度,竟和安德烈?柯爾莫哥洛夫當(dāng)年算的一模一樣。
能量接力賽
柯爾莫哥洛夫說,大漩渦把能量掰成小漩渦,小漩渦再掰成更小的,直到被水的黏性吃掉。這套“能量接力賽”原本是為純液體寫的,沒人敢保證氣泡攪局后還能成立。結(jié)果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一擺,公式對(duì)上了,誤差小到可以忽略。團(tuán)隊(duì)順手寫了條新公式,只用“氣泡多大”和“氣泡多擠”兩個(gè)數(shù),就能算出能量損耗率,簡單得像算電費(fèi)。
完美也有天花板
故事還沒完。科學(xué)家發(fā)現(xiàn),想讓柯爾莫哥洛夫的規(guī)律更完美,氣泡得再大一些。可現(xiàn)實(shí)里,更大的氣泡自己就會(huì)碎成渣。換句話說,大自然給這場“數(shù)學(xué)表演”設(shè)了門票上限——你可以靠近完美,但別想真正抵達(dá)。
從可樂到化工廠
別小看這點(diǎn)發(fā)現(xiàn)。啤酒廠想減少泡沫浪費(fèi)、污水廠想提高曝氣效率、氣候模型想算清海洋氣泡帶走的碳,都得先搞懂氣泡怎么攪水。現(xiàn)在他們有了經(jīng)過驗(yàn)證的尺子,設(shè)計(jì)設(shè)備時(shí)不用再瞎猜。
下一步,更亂的氣泡
接下來,科學(xué)家打算玩點(diǎn)更花的:扁的、橢的、混合大小的氣泡,甚至把實(shí)驗(yàn)搬到太空微重力里。用馬博士的話說,“80年前的老公式還能帶路,本身就夠驚喜。”
下次你舉杯,記得往杯底瞄一眼——那些看似隨意的小氣泡,其實(shí)正用數(shù)學(xué)語言寫著宇宙通用的悄悄話。
你覺得氣泡還能在哪些日常場景里搞事情?評(píng)論區(qū)等你腦洞。
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