@ 2017.11.13 , 14:00

(搞笑)诺贝尔奖之:猫是液体

(搞笑)诺贝尔奖之:猫是液体
Credit 123RF

液体传统上被定义为能适应容器形状的材料物质。然而在某些情况下,猫似乎符合这个定义。

几年前,网络上出现了这种有些自相矛盾的吐槽,现在“猫是液体”已经加入到了我们的猫科动物朋友长长的网络模因meme之中。当我第一次看到这个问题时,我笑了,然后陷入思考。

我决定重新阐述它,以说明流变学的核心问题,即物质变形和流动的研究。我关于喵星人的流变性研究获得了2017年的搞笑诺贝尔物理学奖。

这些奖项每年都由“不可思议的研究机构”(一个致力于科学和幽默的组织)颁发。目标是找出那些人们觉得有趣可笑的科学研究成果,然后引起进一步的思考。颁奖仪式每年在哈佛大学举行。

什么是液体?

定义液体的方式是刻画一种行为:材料必须能够修改其形式以适应容器。该行为的实施将用掉一段时间。在流变学中这被称为放松或弛豫时间

如果我们以猫为例,事实是,如果我们给他们足够的时间,他们可以调整自己的形状。如果我们给他们时间来适应容器,猫就是液体。

在流变学中,材料的状态并不是一个固定的属性——必须测量的是放松时间。它的极限是多少?它取决于那些其他的参数?例如,猫的放松时间是否随其年龄而变化? (流变学中我们称之为触变性)

容器的类型是否是一个因素? (在流变学中,这是研究“湿润性”的问题。)或者它随着猫的压力程度而变化? (如果弛豫时间随着应力增加,则可以说“剪切增厚”,如果相反则是“剪切变薄”)。

当然,我指的是机械意义上的压力,而不是情绪上的压力,但这两种意义在某些情况下可能会重叠。

“黛博拉数”和山脉的流动

液态猫可以清楚地表明,确定材料的状态需要比较两个时间段:松弛时间和实验时间,后者是从放入容器中物质开始变形的时间记起。

传统上,将弛豫时间除以实验时间,如果结果大于1,则材料相对固体;如果结果低于1,则材料趋于液态。

这被称为黛博拉(Deborah)系数,依据圣经中的女祭司在地质时间尺度(“在上帝面前”)上看到山脉流动的典故而得名。在较短的时间范围内,人们也可以看到冰川逐渐流向山谷。

即使松弛时间非常大(几天、几年),但黛博拉数较小(与1相比),则该行为也可以是液体的行为。译者注:如玻璃

相反,即使松弛时间非常短(毫秒),如果黛博拉数大(与1相比),行为也是固体性的。如果在爆炸的瞬间观察水球,就是这种情况。

黛博拉数是无量纲系数的一个例子:由于我们将一个时间段与另一个时间段做除法,因此这个比率没有任何单位。在流变学和更普遍的科学中,有许多无量纲的数字可以用来确定物质或系统的状态或性态。

从猫是否为液体,到这些无量纲数字,我希望读者在开始时发笑,在结尾处思考。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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