揭秘一滴威士忌中隱藏的科學

珍妮佛·庫爾利特+彭舉云

兩年前，一位攝影記者與普林斯頓大學的物理學家合作研究一滴威士忌干燥后留下的一個個形狀非常一致的環形圖案。如今，那些物理學家已經在《物理評論快報》上發表了他們的研究結果。

攝影師厄尼·巴頓受妻子喜愛威士忌的啟發，開始拍攝各種威士忌樣品——值得注意的是，酒蒸發后在玻璃杯底部形成的圖案錯綜復雜，令人迷惑。他用不同顏色的光來突顯這些圖案。一段時間后，他發現只有某些威士忌會留下那些表明跡象的環形圖案（陳年威士忌、美國或愛爾蘭威士忌）。于是他聯系了普林斯頓大學物理學家霍華德·司頓，調查這種現象為什么會發生。

你可能注意過那些馬虎的客人忘記用杯墊時在你的咖啡桌上留下的不均勻的污漬。這就是所謂的“咖啡環效應”：當一滴液體蒸發，液體之前溶解過的顆粒物質會留下一個環形圖案。若是咖啡，之前溶解的顆粒物便是咖啡渣。環形圖案的形成是因為液體的邊緣比中心蒸發更快。于是，在中心的剩余液體將向外流動到邊緣，以填補空白，拖動如咖啡渣一樣的顆粒隨著它移動。

威士忌是一種所謂的“二元液體”，它大約有60%的水和40%的乙醇。科學家已經知曉，將水和酒精混合可以減少咖啡環效應，但這通常只對很小的液滴才起作用。

威士忌不同，巴頓的照片顯示，你可以從更大的威士忌酒滴中得到均勻的痕跡。咖啡環邊緣的顏色比中間深，而威士忌在玻璃杯底部干燥后形成復雜的脊狀圖形。

司頓和他的同事進行了多次實驗，發現有兩種分子在這里起作用：一種是表面活性劑，另一種屬于聚合物，使顆粒吸附在表面而不是隨著液體流動。正如邁克爾·斯格博指出的物理重點：

當一滴液體蒸發，表面活性劑就聚集到邊緣，形成一個張力梯度，將液體向內拉動（所謂的馬朗戈尼效應）。此外，植物衍生的聚合物沾到玻璃杯上，促使顆粒物通向底層，使其緊貼底層。為了證實這一描述，研究人員表明，缺乏任何聚合物或表面活性劑的威士忌樣的液體沒有產生均勻的痕跡。

“酒淚”現象的背后也有馬朗戈尼效應——靠近玻璃杯頂部，即酒的表面以上，形成一個透明液體環。

司頓的研究小組在2014年物理學會議上匯報了他們的初步研究成果，“但我們花了不少時間來完成詳細的測量、編寫及出版報告并保證它通過審查”。司頓承認，他們不能夠識別威士忌里與這些表面活性劑和聚合物效應相關的確切成分——威士忌的化學成分是相當復雜的——但他們確實發現了一些可疑成分。

有一些對這項功能的實際應用，即提高應用于各種工業的涂層均勻性，如3D 打印機。它使用的是一種被稱為液體沉積的技術，用于打印過程中層層堆積。

“我們弄清了使顆粒物達到近乎均勻涂層的最小成分。”司頓說。也就是說，在用于涂料的混合物中要使用盡可能少的成分。

通常，科學和藝術在共生關系上的結合是個迷人的例子，各方從互動中均有所獲。對司頓和他的同事來說，這是一個耐人尋味的科學問題，結果帶來最近發表的論文。巴頓學到了一點有用的科學知識，拍出了一些真正觸人眼目的照片，從中你可以查出威士忌啟發的整個系列。