楊廣宇

小廚房里烹出大宇宙

楊廣宇

廚房是家中狹小的彈丸之地，宇宙則是浩瀚無邊的時(shí)空，兩者能有什么關(guān)聯(lián)呢？澳大利亞天體物理學(xué)家斯蒂芬·休斯就找到了一種關(guān)聯(lián)，他通過烹飪，用食物來模擬形形色色的宇宙現(xiàn)象。休斯戲稱，自己已經(jīng)將天體物理學(xué)引入了廚房，因此這種廚技被稱為“美食物理學(xué)”。下面我們將會(huì)看到休斯的“美食物理學(xué)”，也許它不十分嚴(yán)謹(jǐn)，但絕對是非常有趣的。

掉落的牛奶產(chǎn)生“超新星”

在廚房工作時(shí)，你是否曾經(jīng)失手掉落剛剛開瓶的牛奶瓶或者果汁瓶，瓶中的牛奶隨后從瓶口噴出，濺了你一臉？休斯就曾有過這樣的經(jīng)歷，但他瞬間意識(shí)到，這可以和天體物理學(xué)中的Ⅱ型超新星爆發(fā)聯(lián)系起來。

當(dāng)一顆大質(zhì)量恒星——大約10倍于太陽或者更大——來到了“生命”的盡頭，它就會(huì)發(fā)生慘烈的爆炸，即產(chǎn)生了Ⅱ型超新星。爆炸由恒星鐵核的突然塌縮引發(fā)，恒星的其余部分隨之塌縮，猛烈撞到鐵核后反彈，這一過程產(chǎn)生的沖擊波從恒星內(nèi)部向表層傳播。當(dāng)沖擊波到達(dá)表層時(shí)，那里已經(jīng)沒有可以再用來沖擊的星體物質(zhì)了，所以恒星的外層就猛烈地噴入太空。

相同的道理，牛奶瓶掉落后會(huì)導(dǎo)致瓶底受到擠壓（即瓶底“塌縮”），然后會(huì)將牛奶向上沖擊，也形成一股沖擊波。當(dāng)這股沖擊波到達(dá)瓶口的時(shí)候就沒有可以用來沖擊的牛奶了，所以牛奶被噴向空中，濺了你一臉。

烘焙一個(gè)小宇宙

在烘焙食物時(shí)，你同樣也能看到宇宙的演變過程。

天體物理學(xué)家常常用“葡萄干面包”的比喻來解釋宇宙的膨脹。其中，面包中的面團(tuán)代表宇宙中的空間，葡萄干則代表宇宙中的星系。

想象一下，當(dāng)葡萄干面包被放到烤箱中烘焙的時(shí)候，你正坐在面團(tuán)中的一個(gè)葡萄干上，你可以看到，面團(tuán)正在膨脹，其他的葡萄干正在遠(yuǎn)離你。同樣，我們在銀河系中觀察宇宙，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎所有的星系都在遠(yuǎn)離我們。

于是在廚房里，休斯常常烘焙一種他戲稱為“HubbleDamper”的面包，以此來紀(jì)念美國天體物理學(xué)家埃德溫·哈勃。因?yàn)楣状蚊鞔_證實(shí)了“星系正遠(yuǎn)離我們”這一宇宙現(xiàn)象，而且他還發(fā)現(xiàn)，星系越遠(yuǎn)，退行的速度就越快。

不過，為了增加所謂的“現(xiàn)實(shí)主義”，休斯用紅莓干代替了葡萄干——紅莓是紅色的，星系則是在“紅移”。下面是“HubbleDamper”的完整配方：450克自發(fā)面粉；一小勺鹽；80克冷凍黃油；185毫升水；170克紅莓干。上述材料混合均勻后，在200℃的烤箱中烘焙30分鐘，面包即可出爐。

玻璃杯中的日落

“為什么天是藍(lán)的？”這是孩子們最常問到的一個(gè)天文學(xué)問題，而許多父母卻不知怎么回答。如果你遇到這樣的問題，不要慌張，你可以在廚房里做點(diǎn)事情來解釋“藍(lán)天”。

找一個(gè)直線側(cè)壁的玻璃杯，用它裝一杯水，向水中滴一滴牛奶并攪拌。找一個(gè)LED手電筒向水中照射。當(dāng)你從光束的發(fā)起端望向末端（順著手電筒的方向看），你會(huì)發(fā)現(xiàn)光束的末端是黃色的。如果你在杯中看不到LED的光束，那么加水稀釋一下。

LED的光束有一個(gè)黃色的末端，這意味著藍(lán)光已經(jīng)被分離出去了，這就是所謂的“散射”。如果你在夜間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，關(guān)掉廚房的燈，從側(cè)面觀察這杯水。你會(huì)看到藍(lán)色的輝光——這些就是被牛奶散射的光。恭喜你，你已經(jīng)在廚房里創(chuàng)造了屬于你的“日落”和“藍(lán)天”。

在現(xiàn)實(shí)中，太陽光通過大氣層到達(dá)地面。相比較于紅色波段的光來說，大氣層空氣中的分子更喜歡散射藍(lán)光。在白天，藍(lán)光從各個(gè)方向到達(dá)我們的眼中，相當(dāng)于我們從側(cè)面看水杯，這讓天空看起來是藍(lán)色的。當(dāng)太陽接近地平線時(shí)，陽光需要透過更厚的大氣層，相當(dāng)于我們以端對端的方向看水杯，此時(shí)藍(lán)光因散射所受損失較多，日落變成了紅色。

怎么樣？斯蒂芬·休斯的“美食物理學(xué)”是否打動(dòng)了你？當(dāng)你再回到廚房的時(shí)候，也許會(huì)有些新的奇思妙想吧。那么，大膽實(shí)驗(yàn)吧，在你提高廚藝的同時(shí)，沒準(zhǔn)還會(huì)學(xué)到許多新的物理知識(shí)呢！

（摘自《大科技·科學(xué)之謎》2016年12期）