為什么空間站上能使用毛筆？

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當宇航員進入太空時，因為傳統的鋼筆、圓珠筆必須依靠重力將墨水漏入筆尖，所以無法使用;鉛筆雖然可以正常書寫，但微小的導體石墨粉可能帶來災難性的后果;現代的太空筆則依靠氣壓將墨水壓出。在神舟十三號的飛行任務中，翟志剛攜帶中國傳統文房四寶進入空間站，將中華兒女骨子里的劍膽琴心展現得淋漓盡致。

為什么毛筆這種古老文具，能在21世紀的星海探險中發揮作用？

要回答這個問題，我們要首先思考一番，毛筆是怎么書寫的。答案看起來很簡單：毛筆上面吸收了墨水，在筆尖與紙張接觸的時候，墨水就從筆尖轉移到紙上。但是，如果深入思考，為什么只有當筆尖接觸到紙張時，墨水才發生轉移，其他時候呢？

實際上，墨水自動發生轉移也是常有的事情。初學者有時候會蘸上太多的墨水，墨水就會從筆尖滴下來。拿毛筆蘸墨時有特殊的技巧：只需把筆尖的一部分浸入墨中，這樣可以保證只吸入適量的墨水，墨水就不會從筆尖滴落。所以，一支毛筆能留住的墨水，有一個上限。

透過現象看本質，既然毛筆可以留住墨水，那么一定有一個機制來克服重力，這個機制會是什么呢？我們不妨看一看墨水分子受到哪些力。由于毛筆筆尖是一個開放的區域，各處的大氣壓是平衡的，于是只需要考慮重力與分子之間的相互作用。這分為兩種，一部分是液體分子之間的互相作用，另一部分是液體與容器壁分子之間的相互作用，使液體黏附或者疏離。兩種相互作用都有摩擦力，微觀上體現為電磁相互作用，如果在宏觀上結合起來，就帶來一種叫毛細現象的神奇現象。

毛細現象是指，將一根毛細管浸入液體中，相比管外液面，管內液面會自發向上或向下發生移動。毛細現象第一眼看上去違反自然規律。人們常說“水往低處流”，為什么水會自發往高處移動？能量守恒定律告訴我們，能量不會憑空產生或消失，液柱上升的過程伴隨重力勢能的增大，因此一定能找到另一種能量，在這個過程中是降低的。沒錯，這種能量來自液體的表面張力。

在液體表面與內部，液體分子之間形成的相互作用很不相同。表面的液體分子互相連接更少，相互作用更弱，于是兩側受力不均。在這種受力不均的情況下，內部受力較大，將自發向外部“突出”，于是在不受重力的情況下，一團液體將呈現球形。在這種情況下，表面張力將使液體分界面變彎，使之達到能量最低的穩定狀態。

問題的解答就是這樣。毛細現象實際上要求達到一種平衡：液體分子相互作用，和液體與表面相互作用的平衡。在達到這個平衡的過程中，液體表面會發生變形。毛筆的材料，獸毛，也就是蛋白質，可以被水浸潤。由于分子間相互作用不受重力影響，毛細現象在空間站自然也可以發生，于是毛筆在失重條件下，也可以一如既往地吸入墨水，并正常書寫。

當我們放眼星辰大海時，前人那些充滿創意的智慧也凝視著我們。