震惊！我能吃上炒菜原因竟然是因为……

skysun000001 2022-06-19 发布于北京

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先问个经典的问题：为什么铁锅能炒菜？

？？？

我知道你们有点懵，但是这其实是个比较严肃的问题。要知道，在铁锅出现以前，中原地区的人几乎没有“炒”这个概念，烹饪食物一般都是采用炖煮蒸的方法。那当时烹饪的容器呢？那当然是陶器啦。

至于游牧民族一般怎么烹饪，那显然是烤比较合适

问题就出在这个陶器上：陶器的加热很慢，放热也很慢。换个专业点的说法就是导热性很差。如果你吃过砂锅牛肉一类的东西，你一定会被叮嘱过砂锅很烫——毕竟上桌的时候不是用夹子夹上来就是用厚毛巾裹着端上来。

但是问题又来了，为什么不能等砂锅完全热了再倒油炒菜呢？

如果去问万能的奶奶或者外婆，炒菜需要注意什么？她们八成会回答一个词儿：“火候。”炒菜需要大火猛炒，这就是火候。

那有人就要问了，为啥砂锅不能大火猛炒呢？还是因为散热的问题。你一定听说过热胀冷缩这个东西。砂锅实际上是陶瓷类制品，导热性较差，骤冷骤热会导致锅体受热膨胀的速度不一样。炒菜时锅内油温较高，骤然放进凉的菜，加上锅体的内力不均匀，砂锅很容易就会炸开。相比较下，铁锅无论是导热性能还是结实程度都要远远好于砂锅，因此适合大火猛炒。

当然在铁锅出现前，中国不是没有金属器皿。但是青铜器皿产量不多，那只能是贵族使用。

废话说了这么多，下面终于要进入正文了——为什么固体导热率差别如此之大呢？

首先咱们都知道，日常见到的东西都是由更小一级的东西构成的。无论是有生命的还是无生命的东西，基本上都是由有机无机分子原子离子——为了中和阳离子电荷会有电子存在，这个下面会具体介绍——等等构成的。当然原子离子可以继续细分，这个就不在我们讨论之内了。如果有人问我中子星怎么解释，我只想说：

一般来说，物质都具有三态——像氦那种开量子效应挂的除外——分别是固液气。在液体和气体中，组成物质的微粒并不固定在空间里固定一点，而是不断地运动改变位置。这些微粒之间会互相碰撞，碰撞的时候也会互相交换能动量。所以如果你在微观世界里看，液体和气体就是超级多的碰碰车在疯狂相撞，但是撞完之后碰碰车完好无损，只是交换了能动量。

那“热量传递”该怎么解释呢？物理上定义热量是能量转移的度量，因此本质上是能量的交换。对于气体来讲，一个最简单的模型是理想气体模型，气体的内能只和分子平均动能有关，而平均动能又是和温度有直接关系温度的。因此对一坨气体加热的过程也就可以理解为不断增加气体的平均动能，然后在不断碰撞中全体气体的平均动能都增加，温度也就升高了。对于液体，虽然分子间势能已经不可忽略，这个模型也是可以用来定性分析的。

那么对于固体呢？这个模型显然是失效了。因为固体中的粒子是在稳定的位置附近振动的——也就是说，根本谈不上碰撞，也没办法用碰撞理论来解释导热了。

那固体就不导热了吗？不能够啊，不然铁板烧存在的意义是什么呢？那固体导热机理是啥呢？这就要讲到固体物理中一个极为重要的概念——准粒子。刚才提到过，固体中的粒子是在稳定的位置附近振动的。物理上对振动有个简单的处理方式——谐振子，就是把这一长串的粒子看成一大坨弹簧的叠加。至于弹簧的动能和势能，这是十分容易写出的。

实际上这种处理方式仅限于晶体，因为非晶体不属于严格意义上的固体，而是属于粘稠度极大的液体。著名的沥青实验证实了这一点。这似乎能解释为什么非晶体的导热一般都比较差。

那这些等效弹簧会不会互相影响呢？这是必然的，哪有这么好的弹簧安排（乐）。但是利用线性代数可以证明，通过一系列的坐标变换，可以化简为同样数量的、各自独立的弹簧。变换之后独立的坐标称为“简正坐标”，在简正坐标下处理就简单得多。而谐振子模型还有另一层含义：量子效应。

在量子力学中，谐振子的能量是量子化的，只能取分立的值。此外，当一长列粒子在稳定位置附近振动时，这实际上对应了量子场论的一个模型：一维弦的量子化。因此如果采用量子的语言来解释，谐振子的振动模式在行为上可以对应到一些新粒子，每次谐振子能量的升高都对应着产生粒子。这些粒子携带着动量与能量，相互之间也能发生能动量交换。但是这些新粒子并不实际存在，仅仅是因为可以等价描述谐振子的振动而被构造出来。因此它们被称为“准粒子”。在固体物理中，粒子在晶格中的振动有两种模式，其中一种被称为声学支，因此这种准粒子也被称为声子。