时至年底,地铁安检工作也变得特别严格。

有天外出,我路过便利店的时候买了瓶橙汁。结果,在地铁安检的时候,毫无意外地被安检员责令喝一口。

我只能在众目睽睽之下打开瓶盖,灌了一口,感觉非常尴尬。

地铁的X射线检测仪可以透过背包,看到里面的物体,比如钢珠枪、管制刀具、烟花炮竹……这些都可以被直观地看到。

不过,如果你对地铁严禁携带物有所了解的话,就会发现,这其中液体所占的比例几乎达到60%。比如液化石油气、汽油、酒精、油漆、盐酸……

要想从更多“无辜”的液体中迅速而又准确地分辨出它们,简直比登天还难。终于明白了,为什么所有的液体,都成了安全隐患。

当然,也包括我手里的橙汁。

一直以来,我们可能真的对液体真的知之甚少。对我们而言,液体不过只是流体罢了,没有任何形状,除非被装在容器中。

同时,它们也很难被控制,不像固体物放好后,就待在那不动了,除非有人把它搬走。液体可以说是无法无天,比如我们浴室的渗水、站在衣服上的汤汁、厨房的油渍……

不知道因为什么,我突然对液体的世界充满了好奇。也可能正因如此,我才在逛书店的时候,在众多的书籍中,一眼看到了《迷人的液体》这本书。于是,果断带它回家,为自己开启了一段神奇的液体之旅。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(1)

这本书的作者是伦敦大学学院材料科学教授马克·米奥多尼克,他是英国皇家工程学会会士,曾被评为“英国百大影响力科学家”,也被比尔·盖茨称为最“浪漫”的科学家。

在《迷人的液体》这本书中,作者通过一趟从伦敦到旧金山的跨大西洋的航班旅程,以途中遇到的各种液体作为载体,精彩地介绍了各种液体和它们的特性。用专业的材料学知识,为我们解读了日常生活里各种各样的液体,揭秘了神奇又危险的液体,以及它们背后的科学故事。这本书本身,其实就像是一杯完美的茶,温暖、舒适、令人耳目一新。

液体,可以带来死亡和毁灭,也可以创造奇迹和魅力。

飞机,是现代版的阿拉丁神灯

前几天,我儿子在听完《一千零一夜》故事后,眼睛眨巴眨巴地若有所思。

我问他:“你在想什么呀?”

他嘟着小嘴说:“妈妈,我也想要一个阿拉丁神灯。”

好吧,要想燃起一个“神灯”,首先需要一瓶橄榄油。

9世纪的时候,橄榄树在波斯生长得十分茂盛,橄榄果被压榨后,就会得到橄榄油。大约10颗橄榄果就可以榨出一汤勺的橄榄油。

不过,点燃橄榄油非常困难,因为它需要很高的闪点,才能与空中的氧气自发反应形成火焰。橄榄油的闪点是315°C。所以,用橄榄油炒菜就很安全,不会像花生油和色拉油一样,油温一热,就满锅起火。

但是,当我们橄榄油锅被加热到315°C的时候,就非常可怕了,因为它会突然变成火焰,并发出大量的光。火焰昙花一现,并飞快地消耗掉了所有燃料。

那么,有什么方法可以不用点燃橄榄油就满足照明的需求呢?那就是,将一根棉线浸入油中。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(2)

拉齐时期,人们使用的古代油灯

不过,我一直特别奇怪,为什么油灯的油可以无视重力,自己跑到灯芯中呢?对于这点,作者在书中解答了我的困惑:

“如果你想让它继续燃烧,火焰不会向下烧到油中,油反而会顺着棉线向上爬,只有在它到达顶部时才会被点燃。又能无视重力的存在而自己移动,这一过程叫做“芯吸效应”。

想起前几天在陪我儿子看《嗨,道奇》的时候,片中的道奇给小朋友们讲到了植物是如何吸收水分的。植物利用一种贯穿于根、茎、叶的微型导管系统,将水从地面吸收到内部。其实,就是芯吸效应。

当然,随着人类照明需求的不断增长,后来由加拿大发明家亚伯拉罕·格斯纳发现的煤油,解决了这个问题。

不仅如此,煤油在被加工后,成为航空煤油,用做飞机燃料。

每当我们乘坐飞机的时候,脚下的油箱中,就有5万升煤油,除此,两片机翼下也各存5万升。想一想是不是有点可怕?

不过,不用担心,煤油是非常不容易被点燃的。因为它的分子结构不含有任何氧原子和氮原子,因此相当稳定,哪怕你对它猛砸、挤压,都不会发生爆炸。所以说,乘坐飞机其实是很安全的一件事。

从某种程度上说,飞机就是现代版的哈拉丁神灯,煤油是藏在里面的妖怪,满足了我们每个人飞往世界任何地方的愿望。

飞机只允许乘客携带低于100毫升的液体登机,其实是为了防止另一种看似很像煤油的液体,它就是硝化甘油。100毫升的硝化甘油,足以炸毁整架飞机。

硝化甘油是在1847年被发现的,后来,阿尔弗雷德·诺贝尔将它用于炸药,他也因此成为了富豪,并用自己的财富创立了世界上最著名的诺贝尔奖。

与煤油不同的是,硝化甘油含有氧原子和氮原子,因为这两种原子所处的位置,使硝化甘油变得极不稳定。

“最终,所有的硝化甘油分子都在这个链式反应中分解了,这一过程的发生速度是声速的30倍,液体几乎是在一瞬间变成了很热的气体。气体的体积是液体的上千倍,因此膨胀得非常迅速,从而形成惊人而又剧烈的热爆炸。”

坦白讲,没有任何时刻比我在了解到这些时,更愿意配合各种安检工作了。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(3)

醉,其实是一种“中毒”的表现

前段时间,一直在读金庸先生的著作。发现在《射雕英雄传》和《神雕侠侣》时期,少林其实一直都是默默无名的。后来因为一本《九阳真经》,成为江湖武林实力最强的三个门派之一。

可是,《九阳真经》的作者到底是谁,一直是一个谜团。在新修版《倚天屠龙记》中,金庸先生提到,此人喝酒海量,无功无敌,人称斗酒僧。

王重阳曾和斗酒僧斗酒,结果,斗酒僧还完全没有醉意,王重阳却已经喝得晕头转向了。

从某种程度上说,在那个时候,王重阳已经是“中毒”状态了。

我们都知道,酒的重要成分是乙醇。乙醇的化学性质和煤油相似,而且都可以燃烧,比如有些甜点的上方,会燃出蓝色的火焰,其实这就是乙醇含量是40%的白兰地在燃烧。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(4)

火焰蛋糕

乙醇是有毒的,但也正是这种毒性让人迷醉。乙醇的毒素可以抑制我们的神经系统,让我们不再感到压抑,心情变好。同时,它也使我们的认知功能和运动功能丧失,让我们变得失去控制。

当我们喝下乙醇后,心肌就暂时被削弱了,心脏跳动变得不那么有力了,血压也会因此降低。当血液循环到我们的肺部时,会从我们吸入的空气中带走氧气,一部分乙醇分子就越过细胞膜,随着二氧化碳从血液中排出了。

当交警拿着酒精检测仪,对我们说“吹一口”的时候,就是在运用这个原理。

虽然很多人表示不喜欢喝酒,但经常会在面对葡萄酒的时候,不能拒绝,或许是因为,在某种程度上讲,葡萄酒是一种传统的佐餐饮品。

马克认为,这是因为,葡萄酒能充当一种高效的味觉净化剂:

“葡萄酒中的涩味是由单宁造成的,单宁是一种来自葡萄皮的分子,可以将唾液中那些滑腻的蛋白分解掉,你的口腔便会因此变得干涩。”

有研究表明,一边吃高脂肪食物,一边喝着涩味饮料,味觉净化效果最好,因为高浓度的单宁在化解着脂肪的油腻。

除此之外,葡萄酒还具备社交属性,尤其是有着丰富葡萄酒知识的人更是会自带光环加身,引来无数的爱慕眼光。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(5)

《南方有乔木》

同时,红酒也被人们与一个人的文化程度、经济收入和社会地位联系起来,认为红酒是有钱人的奢侈品。

那些喜欢红酒的人,会把红酒倒在杯子里,然后轻轻地摇一摇再喝。通过红酒的挂杯情况,来评论红酒的好坏。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(6)

电影《杯酒人生》

Pierre Spahni曾在《葡萄酒》一书中指出:“啤酒似乎是穷人的酒,而葡萄酒则拥有高贵的形象。“

马克从客观的角度,打破了对于红酒的阶层偏见。他在书中提到了比挂杯更有意思的现象是“马拉戈尼效应”,就是指酒从杯壁流下来的时候,会形成“酒之泪”:

这是因为乙醇可以降低玻璃杯表面张力,当酒流过杯壁的时候,会形成一层薄膜。薄膜中的乙醇快速挥发后,留下一片乙醇浓度较低的区域,这片区域的表面张力高于邻近区域,不平衡的张力使红酒“分道扬镳”,于是形成了“泪点”。

乙醇的浓度越高,这种效应就越明显。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(7)

红酒杯中的“马拉戈尼效应”

马克认为,葡萄酒的味道更多的是归功于它的标签和文化上带来的联想:

没有所谓的”更好“的葡萄酒,它们只是有区别而已,因为所有的味道都是主观的,就像汽车。当你买了一辆很贵的名牌车,其实是在为它的品牌价值买单,而不是体验价值。

除了红酒,另一种可以让人产生联想的东西,是香水。

因为乙醇更接近油而不是水,所以它被人们用于香水的制造中。从佛手柑和橙子等植物中提取的精油、从没药中提取的树脂,以及麝香中的动物源物质都可以溶解在乙醇中,从而制作成香水。

当我们将香水擦拭到自己的皮肤上,乙醇就会开始会发,而精油却留在了我们的身体上,缓缓地向空中飘散。

就如同不要喝劣质酒一样,劣质的香水中也会含有乙醇的近亲——甲醇。

甲醇是最小的醇类分子,但是它不像乙醇一样有两个碳原子,而是只有一个。就是这个小小的差别,改变了它的药理活性,使它的毒性远远大于乙醇。

一小盅甲醇就可以使一个人永久性失明,三盅就可以将一个人置于死地。

2016年12月,俄罗斯的伊尔库兹克曾有大批市民把廉价的含有酒精的沐浴产品,当成饮用酒的替代品饮用。结果,导致58人因为因此丧命。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(8)

伊尔库兹克的抢救现场

害死这些人的不是香精,而是甲醇。

很多时候,我们会脱离事物的本质,被它的表象所迷惑。当我们以科学的视角重新看待眼前那些让我们着迷的液体时,就会用一种全新的视角重新看待它们,也会因此而多一些对自己的把控。

如梦幻泡影的清洁世界

前几天在看《相爱十年》,邓超带回了自己研究的香皂给董洁试用,结果董洁用她洗完澡出来,邓超表示味道太臭。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(9)

看到这个剧情,我不厚道地笑出了声。

事实上,香皂的制作配方,可以追溯到公元前2200年。那时候,人们会取出柴火堆里的灰烬,将它们溶解在水里,然后加入融化了的牛油煮沸。于是,一块朴素的香皂就诞生了。

可以说,香皂的清洁原理,就是用脂肪去除油脂。这听上去好像有点奇怪,但事实上,动物油脂是不溶于水的,而草木灰产生的碱可以与脂肪分子发生化学反应,使我们手上的油脂分解成细小的球装液滴,溶解在水中并被冲走。

所以,我们每次用香皂洗手后,都会觉得双手非常干爽。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(10)

当然,我们之所以洗手并不只是想要去除油脂,更是想清除和防止细菌。

19世纪的时候,医生在检查完分娩的产妇后,根本不会换衣服或洗手,而是在病床之间来回穿梭,大家都觉得这是很正常的。

结果,这样的做法导致了分娩过程中,产妇与婴儿出现难以置信的高死亡率。

直到英国的弗洛伦斯·南丁格尔护士发起了情节运动,细菌理论才慢慢地被医生和护士接受,用肥皂进行卫生清洗才成为了医院的普遍做法。

不过,在香皂的使用过程中,人们渐渐发现了一些弊端,比如,有时自己要拿起的,是一块别人刚刚用过的香皂,这就让人们心里不太舒服。又或者,有些皮肤比较干燥的人,在用哪过香皂后,会使干燥现象加重。

于是,聪明的人类发明了洗手液。洗手液的基本成分是十二烷基聚醚硫酸钠。它主要来自于棕榈仁油或椰子油。因此,我们的手就会在清洗后,因此而变得细滑。

除了对手和衣物的清洁需求,我们也想拥有一头干净、漂亮、充满香氛的秀发。

这时,十二烷基聚醚硫酸钠的近亲就派上了用场,它叫做十二烷基硫酸钠,它是一种非常有效的表面活性剂。

科学实验会流动的水的原理截图(迷人的液体从科学的角度)(11)

早期的洗发水广告

当我们洗头的时候,如果洗发产品中没有具备活性的十二烷基硫酸钠,那么,我们的头发上只是一层薄薄的纯水膜,因为与空气中有着很高的表面能,所以这层水膜也会很快破裂。

十二烷基硫酸钠表面的活性分子,很容易聚集在包围气泡的那层薄水膜中,这就降低了液体的表面能,使液膜变得相对稳定。随着我们不断地揉搓,会形成很多富有弹性的泡泡。

一直以来,我都是以泡沫的多少来判断一款洗发水是不是好用的。不过,马克让我重新刷新了自己对洗发水的认知:

泡沫并不会帮助洗发水实现更彻底的清洗,它所扮演的角色纯碎只在于审美层面。

原来,这些泡沫只是为了展示:“看,我正在洗头发。”

除了洗发水外,十二烷基硫酸钠几乎被用在各种清洁用品上,比如在洗涤灵、洗衣粉、沐浴露、牙膏中,都有它的身影。

感谢十二烷基硫酸钠,它为我们创造了一个“梦幻泡影”的世界。

结语

液体,作为三大物质形态之一,既不像固体一样稳定静止,也不像气体一样无形莫测。它可以流动,可以变形,可以以任何一种形状存在。

正如老子在《道德经》中所说:“夫唯不争,故无尤。”

我们从汪洋大海中进化而来,被母亲的羊水保护滋养,又通过血液维持着一切生理机能。我们与液体的渊源,虽然不知该从何时说起,但是,却永远不会停止。

不得不说,液体,是物质最酷的形态。

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