盡管俗話說,水往低處流,但是在2008年,有人發現了逆流的水就在身邊——水可以逆流而上。
倒茶倒出的“逆流污染”
發現水可以逆流的人叫做比安基尼,一位物理系的大學生。當時,他正在泡阿根廷的傳統馬黛茶,馬黛茶的茶葉是粉末狀的。在他倒水的時候,突然發現小壺里的茶葉竟然跑到了倒水的水壺中。
比安基尼從來沒見過這種現象,于是去請教他的導師,但是導師也沒見過這種逆流的現象。比安基尼于是就利用這種現象作為自己畢業論文的課題,進行更進一步的研究。在實驗中,他把茶葉換成了粉筆末,也發生了逆流的現象,這說明逆流并非是茶葉的專屬。
這個反直覺的日常物理現象說明,下游的水可以反過來污染上游,所以上游的水可不一定比下游的干凈。這種現象后來就被稱為“逆流污染”。
過了幾年,美國羅格斯大學的工程學教授特洛伊·辛布洛注意到了比安基尼的論文,并產生了興趣,隨后他召集學生,重復了比安基尼的實驗,然后有了新的發現。
在實驗中,如果發生了逆流污染,液體一般可以向上攀升1厘米的高度,最高甚至高達2厘米。另外,無論冷水還是開水,都可以產生逆流污染,而且哪怕上方流水處的敞口寬達幾米,液體依然能向上攀爬。
逆流污染現象的發現可是非常重要的。盡管逆流污染對我們的日常生活影響不大,但是在化學領域,例如在配溶液或配藥過程中,試管里的溶液或藥劑會跑進滴管當中,反過來污染滴管里的液體,或給滴管造成損害。
那么,液體為什么能倒流呢?這背后的原理是馬倫哥尼效應。
馬倫哥尼效應
兩種液體相接觸時,表面張力強的液體會將表面張力弱的液體拉過來,因此會出現表面張力弱的液體向強的方面滲透。這種現象最早是由意大利物理學家卡羅·馬倫哥尼首先在1865年的論文中研究發表的,所以叫做馬倫哥尼效應。
但是逆流污染的液體并沒有相互接觸,科學家又是怎么確定逆流污染現象是由馬倫哥尼效應導致的?辛布洛教授對此進行了實驗。他往上游的水里加入能夠減少表面張力的苯扎氯銨活性劑,在他這么干之后,水就不會倒流了。因此,他確認逆流污染現象是由馬倫哥尼效應引起的。
現在,讓我們回過頭來,看看茶葉和粉筆末究竟是怎么向上攀的。在茶葉和粉筆末逆流的實驗中,下方的水由于加入茶葉或粉筆末,導致表面水分子的內聚力被破壞,從而使得表面張力降低。加入茶葉的水的表面張力下降了三分之一,而加入粉筆末的則下降了二分之一。這種由與上方的水的表面張力差所產生的馬倫哥尼效應,加上較為接近的傾倒距離,水就逆流而上了。