貓究竟是固態(tài)還是液態(tài)

胡曉鳴

美國東部時(shí)間2017年9月14日晚6點(diǎn)，2017年度“搞笑諾貝爾獎(jiǎng)”在哈佛大學(xué)桑德斯劇院出爐，今年的獲獎(jiǎng)項(xiàng)目還是一如既往地讓人忍俊不禁。

如果您家有寵物，又恰好是一只貓，那么，您可以重點(diǎn)關(guān)注一下今年的“搞笑諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)”。因?yàn)榻衲赀@個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)頒給了法國研究人員馬克·安托萬，他的研究項(xiàng)目是用流變學(xué)來研究貓究竟是固態(tài)的還是液態(tài)的。

我們知道，固體是物質(zhì)維持形狀和體積的一種狀態(tài)；液體是物質(zhì)保持體積并適應(yīng)環(huán)境形狀的一種狀態(tài)。而貓，卻可以隨意伸縮和改變身體的狀態(tài)，例如，把自己塞進(jìn)一個(gè)比自身小很多的器皿內(nèi)。這樣看起來，貓似乎也符合液體的理論設(shè)定。

之前，也有很多網(wǎng)友針對這個(gè)有趣的問題展開了激烈的討論，但這樣正兒八經(jīng)地通過流變學(xué)以及數(shù)學(xué)公式來論證這一理論，并以論文的形式呈現(xiàn)出來的，馬克還是第一個(gè)。馬克認(rèn)為，貓可以同時(shí)以液體和固體兩種形式存在。為此，他逐一測算了貓?jiān)诟鞣N環(huán)境下的底波拉數(shù)。

底波拉數(shù)（De），是流變學(xué)中的一個(gè)無量綱量，用來描述材料在特定條件下的流動(dòng)性，定義為弛豫時(shí)間及觀測時(shí)間尺度的比值。當(dāng)De<1時(shí)，材料表現(xiàn)出似流體的力學(xué)響應(yīng)（可以理解為是液體）；當(dāng)De>1，材料表現(xiàn)出似固體的力學(xué)響應(yīng)（可以理解為是固體）。經(jīng)測算，馬克發(fā)現(xiàn)，貓的De相當(dāng)接近于1，在較短的時(shí)間范圍內(nèi)，貓的De大于1，所以我們覺得貓是固態(tài)的。

可是，只要貓?jiān)诒印⑴枳又惖娜萜骼锼耍瑫r(shí)間一長，再進(jìn)行測量，那么De就小于1了。沒錯(cuò)，從科學(xué)定義上來看，呼呼大睡的貓是液體無誤。

而且，馬克還發(fā)現(xiàn)，幼年貓的De數(shù)比成年貓更低，也就是說，小貓比老貓更接近于液體。 貓可以拉伸自己，也可以壓縮自己來適應(yīng)周圍的空間。在短時(shí)間尺度上，一只站立、跳躍的貓，會(huì)被認(rèn)為是一只固態(tài)貓。對于長時(shí)間尺度，當(dāng)你發(fā)現(xiàn)一只貓占據(jù)了一個(gè)酒杯、玻璃器皿時(shí)，就可以認(rèn)為這只貓是液態(tài)了。而且，由于貓自身存在運(yùn)動(dòng)，不會(huì)像其他流體（如水）一樣表現(xiàn)出被動(dòng)性，所以貓的流變性體現(xiàn)出了一種不穩(wěn)定性，可能它在你懷里的時(shí)候是液態(tài)的，而從你懷里走開的時(shí)候又立即變成了固態(tài)。

總而言之，貓被證明是線性和非線性制度中，流變學(xué)研究的豐富模型系統(tǒng)。正如赫拉克利特的觀點(diǎn)“萬物皆流，無物常住”被視為流變學(xué)的座右銘一樣，“萬貓皆流，無貓常住”也是貓的座右銘。馬克認(rèn)為，貓極有可能為流變學(xué)研究提供更豐富的模型。endprint