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用平底锅煮鸡蛋,竟煮出神奇的六角形东西来了,究竟是什么东东?

 徐德文科学频道 2020-10-15
这是一个简单的试验,每个人随时都可以做,条件只有两个,平底锅和若干个鸡蛋。
你要做的,就是把锅里加上水,等水差不多烧开的时候,把鸡蛋打开,以煮荷包蛋的形式放进锅里,多放几个鸡蛋,慢慢加热,然后就开始等待,见证奇迹的时刻即将到来。
仔细观察平底锅的水面,是不是出现了一些六角形的像是蜂巢形状的结构?锅里有几个鸡蛋,就可能出现几个这种结构。
你一定感觉很奇怪,鸡蛋明明是圆形的,要出现这种结构也还是该圆形的啊,怎么会是六角形的呢?
这可是一个著名的现象,叫做瑞利-贝纳德对流,是在混沌系统中产生的一种自组织模式。
是不是感觉特有成就?煮鸡蛋居然煮出高大上的物理理论了,其实物理化学现象本来就来自于我们的生活,和生活密切相关,只是平时我们很少注意和了解罢了。
瑞利-贝纳德对流是法国科学家亨利·贝纳德在1900年发现的,当我们在水平容器中均匀加热薄薄的液体时,液体上下层的温差如果超过一定阈值,稳定的热传导就会被不稳定的对流模式取代,从而自发形成正六边形的蜂窝状结构,每个六角形中间的液体向上流动,边界处液体向下流动。

这个实验实际用平底锅加热1毫米左右的硅树脂油,在精密条件控制下可以观察到最佳的效果,为便于观察,通常还要在油中加一些铝粉。当锅被慢慢加热时,底层的液体受热扩张,密度减小,就会向上浮起。如果加热不均匀,油会在最热的地方浮起,冷的地方下沉,形成一个对流胞;但如果加热很均匀,低层液体就找不到可以浮起的地点,从而上层保持冷却,下层温度持续上升,当达到某个阈值时,平衡被打破,液体表面就会突然分裂成一群六边形的对流胞,低层热液从每个对流胞的中间上升,流到边界,再从边界处下沉。

这个现象最早由瑞利男爵和贝纳德进行研究,因此称为瑞利-贝纳德对流,在很多自然现象中都有发生。
比如你用平底锅加热椰子油等其它油,甚至加热浓稠的米汤,都有可能出现这种现象,家庭主妇们如果观察仔细的话,在这方面应该是有很多心得的。
北爱尔兰的巨人岬六边形石柱,也是在古代火山作用下,由岩浆的瑞利-贝纳德对流冷却形成的。土星北极的六角形结构,也被认为和瑞利-贝纳德对流有关。太阳表面的米粒组织,也是一种瑞利-贝纳德涡流。天空中出现的乳状云,可能也是瑞利-贝纳德涡流结构。
所以在自然界中,你如果发现还有什么六角形的结构,不妨认真思考一下,它究竟是不是和煮鸡蛋一样,也是一种瑞利-贝纳德对流呢?
希望你看到这里的时候,还没来得及把鸡蛋打下锅,因为一次性煮这么多鸡蛋可能比较麻烦,不吃浪费,全部吃下去了会不会胆固醇中毒呢?

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