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世界观颠覆了!令人瞠目结舌的十大科学现象

 水乡渔人 2015-09-19

生活中充满了各种各样的不可思议,我们中的大多数人永远不会了解。从量子到宇宙,我们周围无时无刻不受到力的驱动,这些作用力塑造了人类世界。大多数力在日常生活中随处可见,但现实的外表下,其实充满了一些费解的科学原理。现在跟着小编的步伐,让我们走入充满奇异的领域,将物理学的自然规则融入奇幻的泡沫,一起来见证奇迹吧!

10、量子悬浮

当某些材料处于基本温度以下,就成为超导体。超导体的电阻为零。在已知的金属中,具有不到一半的金属存在这一“转变温度”,即低于这一温度时,它们就成为超导体。通常,这个转变温度很低。例如,铑的超导体转变温度为-273.15oC(-459.66oF),仅处于绝对零度以上的百分之几。也就是说,制备超导体十分困难。

直到高温超导体的出现,这些高温超导体材料具有复杂的晶体结构,通常由陶瓷和铜,以及其他金属的混合物组成。其超导转变温度在-160.59oC(-321.07oF)或以上。虽然转变温度还是有些低,但至少稍微容易制备了。

由于液态氮在沸点下也具有类似性质,我们还可以利用其他一些奇异的室温超导体。将超导体放在一个弱能量场(如一块磁铁)中,超导体可以创建出表面屏障的电流,以此排斥电磁波。在这种情况下,超导体周围的磁场线发生弯曲,在半空中锁定。在任意方向弯折,超导体都可以自动补偿电场来抵消磁铁。这种现象被称为量子锁定或量子悬浮。

09、牛顿的珠子

如果你拿一个罐子,在其中填满MardiGras beads长链,这个现象也可以出现在你的客厅中。将线串的珠子放进瓶子里,那么末端的珠子就会掉在地上。你会期望发生什么,链子开始在瓶子中滑动,但伴随着一些意想不到的现象,珠子并没有继续下滑进入罐子里,而是像喷泉那样飞跃到空气中回到地板上。

这是一个非常简单的概念,但它看起来十分不可思议。这里涉及了三种不同的力。重力,拉着前缘的链朝向地板。每节链为了抵抗重力,受到珠子带来的拉力——这第二种力。

但在罐子里,还存在着第三种力,就是这种力将珠子推动到空气中。听起来这是不可能的,因为罐子显然不是移动的,但所有这一切归结到根本上是因为什么呢?

简单说来,链节是一系列刚性棒由挠性连接而成。想象火车的一个车厢,在一个假设的情况下,如果将火车的前端停住,其余的车厢将沿着倾斜于中心轴的方向向上飞出后下落。之所以会出现现实生活中的场景,是因为下面的一层固体与地球直接接触。相反,如果车厢向下边缘倾斜,地面就会推开它,以避免它的自然转动。如果这种拉力大到可以和货车车厢的重量相比,那麽地面的拉力就会把车厢扔到空中。

所以每个链节的珠子的跑出都因为收到前面链节的拉力,罐子的底部(或下层的珠子)将其推入空中,创建一个“失速”循环,直到重力生效,才将其拖拽回去。

08、铁磁流体雕塑

当与一块磁铁结合,铁磁流体就成为地球上最不可思议的物质。这种液体本身就是磁性粒子悬浮在液体介质(通常是石油)中形成。粒子均在纳米尺度,粒子很小以致于粒子之间无法利用磁效应相互影响,否则液体向本身就聚成了簇。但当它们接近一个大磁铁时,奇迹就发生了。

最常见的现象之一,你将看到铁磁流体在一块磁铁的周围形成高峰和低谷。实际上,这是由于粒子试图使自己的方向与磁场一致。峰值表示强磁区域,但是,由于油具有表面张力,这两种力在峰与谷之间形成平衡。这一效应被称为正常领域的不稳定态——这种形状的液体可以最大限度地降低系统的总能量。

07、感应加热冰块

感应加热是一种过程,利用高频电流通过一个电磁铁线圈,然后收集产生的磁化电流,将其通过导电材料。当磁化电流与导电材料接触,就得到了焦耳效应-电致热量。在这种情况下,金属银导线内的冰块可以在短时间内迅速积聚热量,顺利实现冰融化。

这个融化过程有多快呢?根据金属的类型,感应加热器会将物质加热到871oC(1600oF),该过程仅需1.5秒,所需电量为4.1千瓦每平方英寸。在一个4秒的视频中,冰块的核心已经红热化,所以你可以认为这个过程使用的能量更少,使用的金属电阻很小。总之,几秒后,我们顺利地将冰块融化了。

但这就带来了另一个问题:每个人都知道,冰在高于0oC(32oF)的时候融化,因此,为什么冰灾融化时不立刻变成一滩水呢?这是因为物质只有在离散的能量包中才能吸收和发出能量。当热从金属转移到冰块时,这是一个过程,并不是一束波,需要更长的时间来传输全部能量。

06、液态氧桥

氧气的沸点是-183oC(-297.3oF),这种气体是我们大家所熟知并喜爱的。但是,一旦低于这个温度,氧气会有一些有趣的性质。更准确地说,其液态分子的密度使得氧气可以以更模糊的自然属性应用于聚光灯下。

比如说,氧气具有顺磁性。顺磁性材料只有在附近的一个外部磁场作用于它的时候才会发生磁化现象。气态的氧气分子由于太分散,可以影响更多的磁铁。但当氧气作为一种液体,就像一块铁遇到磁场时一样,引起剧烈地沸腾,类似于一种液体的铁。当处于两个相对的磁铁中,液态氧将在中间形成一个桥,这就是你所看到的现象。不幸的是,这种氧桥发生的时间很短,因为液态氧在沸腾后就进入室温环境中重新变成气态。

05、Briggs-Rauscher反应

Briggs-Rauscher反应是世界上视觉冲击最大的化学反应。就像一个化学振荡器,当发生Briggs-Rauscher反应时,会发生颜色的逐渐改变,从清澈状态到琥珀色,突然闪现出深蓝色,然后回到清澈状态,处于一个振荡期中。在几分钟内,每隔几秒就会出现颜色的切换。

最多有30种不同的反应可以同时发生在每个振荡器中。其中的化学试剂名单读起来就像是一份冷冻玉米热狗的原料单:一水硫酸锰(II)、丙二酸、淀粉、硫酸、过氧化氢、碘酸钾。可以尝试使用不同的酸和碘酸盐来进行不同类型的反应。

当所有的化学物质结合后,碘酸变成次碘酸。一旦次碘酸出现,会发生另一个化学反应,将新酸转化成碘酸和单质碘。这个反应推动了第一种颜色变化,创建出琥珀色。然后,继续进行碘化反应。只要碘化物比碘多,这两种物质就会合成三碘化离子。该离子与淀粉发生时爆炸反应,反应呈深蓝色。

04、特斯拉线圈的勇士

我们大多数人都很熟悉尼古拉·特斯拉,也让我们记住了这个成就显赫的电气创新天才和令人发指竞争行为的受害者。我们大多数人也十分熟悉特斯拉线圈,这个装置可以产生弱电流、高压交流电以及五颜六色的火花。

现在,特斯拉线圈之间可以传输250000和500000伏特的电压。大多数娱乐显示屏没有使用法拉第笼式的大磁场,这种磁场是由网格状均匀分布在表面的电压形成。由于电势测量电位的差异,法拉第笼内没有电流的存在。任何人在法拉第笼中,都可以迎着闪电,毫发无损地出来。

有时,人们会发挥无尽的创造力。在视频中,两个“战士”身着导电网制服——法拉第笼制服。最近,还有一个创造性的“会唱歌”的特斯拉线圈的开发,通过调节火花线圈的输出可以实现音乐的播放。

03、正弦波和帧

声波具有不可思议的能让其他对象匹配它们频率的能力。如果你曾经在你的车中听重低音节拍的音乐,你可能会注意到镜子的波动,这是因为声波击中了镜子。在视频中,发生了一些有趣的事情,最终的结果更是富有戏剧性。

当24赫兹的正弦波在水下软管中穿过一个喇叭。软管就开始以每秒24次的频率震动。从水中出来时,它已经形成了频率为24赫兹的波。关键之处在于:在现实生活中,这只会出现在波回到或者进入地上时。

真正的奇迹是相机中的转向角度现象。通过以每秒24帧的速度拍摄水滴下降,照片使得水流似乎冻结在半空中。每个水波击中完全相同的空间,每秒钟24次。在胶片上,在无限长的时间内似乎存在着相同的波,但在现实中,不同波经过每一帧被取而代之。如果你换成23赫兹的正弦波,照片会看起来像水向上陷入软管中,这是因为相机的帧速率与正弦波之间存在微小的偏移。

02、著名的开尔文雷暴

开尔文雷暴(或者开尔文水滴管)始建于1867年,其设置非常简单。将两条溪流的水通过两个不同的电感器,一个带正电,一个带负电。在底部收集带电水滴,让水流通过,并收集电势。这是一种即时能量,你可以向你的朋友展示一个电火花。

它是如何工作的呢?

刚启动时,其中一个电感器(铜环)上总是带有一个小的自然电荷。比方说,右边的电感器带一点负电荷。当一滴水穿过它时,水中的正离子会拉至液滴的表面,正离子会被推到中心,使得液滴表面电荷带正电。

当正电荷水滴接触右边的电感器时,它会将部分电荷传给电感器,并将正电荷通过导线传递给左边的电感器,使其带正电。现在,左边的制造出带负电的水滴,进一步,右边的电感器带负电。电感器之间建立起反馈积极,直到有足够的电势存储使其强制放电——在两个电感器之间出现火花跳跃。

撇开科学的东西不谈,这个机器最酷的作用发生在电感器上。随着电荷的聚集,电感器吸引水反向离子的难度加大,微小的水滴会跳出在电感器中的运行轨道,就像飞蛾扑火一般在灯的附近飞跃。

01、分解汞

这是你今天看过的最古怪的事情。

专业地说,这个现象与硫氰酸汞(II)几乎没有任何关系。这只是一个化学合成的过程,硫氰酸汞在水中检测氯的能力是有限的。但是,作为一种纯净、无限制的展示品,当硫氰酸汞(II)分解时,会形成氮化碳和汞蒸气,这是一种令人恐惧的有毒混合物。在19世纪,它作为烟花售卖,直到有几个孩子由于误食致死。

但是,硫氰酸汞的名声依然保持到了今天,这是有充分的理由的。该视频中没有发生复杂的过程,只是热量促使了硫氰酸汞(II)的分解。于是,粉末状的物质产生的火焰开始了连锁反应,并且一发不可收拾。享受它吧。

作者:忘忧草

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