去科學邊緣，參透一些古老的秘密

文｜藝術商業

科學瘋狂起來，就是藝術。在科學的邊緣，人們常會迎來一些奇妙的思想之旅，讓你脫離現實，去往科學交織著藝術的抽象世界，領略一些單純的形狀造就的奇跡。在這里，所有真理都是彎曲的，時間本身就是一個圓圈……

科赫雪花一片雪花的周長比地球的直徑還大？

早在1904年，瑞典數學家馮·科赫就提出了一種理論，被稱為科赫曲線，又叫雪花曲線、科赫雪花。它在眾多經典的數學曲線中非常著名，是將一個等邊三角形的每條邊切割成3份，然后取出每條邊中間的一份向外做一個等邊三角形，這個過程被稱為迭代，每一次對過程的重復就是一次迭代。經過一次迭代，等邊三角形的3條邊變成了12條等邊，這時候我們再將每條邊切割成3份，向外做一個等邊三角形，這就是二次迭代。然后，我們無限次地循環這個過程，無限次地進行迭代，最后就得出了科赫雪花。雪花在面積不變的情況下，它的周長可以變得無限長，長度甚至可以超過地球的直徑，超過任何一種長度。

所以科赫雪花就是：用無限的邊界包裹住有限的面積。仔細體會一下這樣的無限和有限。

科赫雪花

特斯拉閥僅僅利用空間結構推動氣體流動

如果想要將氣體或液體等流體物質輸送到某處，同時要避免回流，且能夠控制流速，應該怎么辦呢？很簡單，只需要安裝一個閥門，用開關來控制調節就可以了。那么不用行不行呢？也行。

早在100多年以前，一位偉大的科學家就設計了一種特殊的閥門，不需要開關、無須輸入任何能量就能夠保證流體的單向流動。這個人就是特斯拉，而他發明的閥門被稱為“特斯拉閥”。

特斯拉閥的特點就是：反向通過時，壓力越大，阻力越大，速度越慢，乃至完全停止；而正向通過時，則是壓力越大，速度越快。

那么，特斯拉閥是如何保證流體單向流動的呢？特斯拉閥采用了特殊的回路設計，當流體正向通過特斯拉閥時，會在每一個回路口分為兩路，之后兩路流體又會在下一個交匯口匯聚，并實現加速。反之，如果流體反向流入特斯拉閥，流體同樣會在第一個交匯口分為兩路，并在第二個交匯口再次匯聚，不同的是，這一次，兩路流體的流動方向是相悖的，所以就形成了極大的阻力。因此，流體在特斯拉閥中只能正向通過，而很難反向逆流。

瑞士的皮丘（Pichoux）峽谷因為修筑水壩截斷了魚類洄游之路。為了讓魚類能正常洄游，還特別參考特斯拉閥的原理設計了一個魚梯，這樣從上游下來的水流就被自動放緩，而魚類洄游時的上行就變得容易很多。

特斯拉閥結構示意圖

魯珀特之淚一個玻璃球而已，子彈卻打不破

這種奇特的玻璃球看上去就像是一個蝌蚪或者是人的一滴眼淚，魯珀特之淚真正的神奇之處就是它的“無堅不摧”，讓科學家爭先恐后研究了長達400年。

這當然不是魔法或者巫術，它其實也是一種科學。魯珀特之淚的制作方法非常簡單，只需要將玻璃高溫熔化，然后將熔化后的液體依靠自身重力自然滴入冰水中，這樣就會形成一個蝌蚪狀的“淚滴”，它就是魯珀特之淚。魯珀特之淚的頭頂有多么堅硬？科學家曾經用普通的子彈對它進行射擊，結果不僅沒有粉碎魯珀特之淚的頭部，子彈反而碎了一地。在同距離下想要將它的頭部摧毀，需要用到威力更大的子彈或者是狙擊槍子彈才可以。

魯珀特之淚

魯珀特之淚為什么如此強大？其實是應力在搞鬼。

當玻璃經高溫熔化之后，產生的液體滴入冷水時，最外層會先冷卻凝固，而這個時候玻璃的內部還處于高溫熔融狀態。隨后，內部的液態玻璃也開始慢慢冷卻凝固，出現了熱脹冷縮效應，內部的冷卻凝固緊緊地拉著外層玻璃向內收縮，使得外層玻璃受到內向的壓應力（即抵抗物體壓縮趨勢的應力）。這個壓應力是非常高的，可以達到700兆帕，幾乎是1個標準大氣壓（即0.101325兆帕）的7000倍。玻璃內部拉扯外層的時候，同樣也會受到固態外殼玻璃的拉扯，在兩股力的作用下，它們之間的相互對抗逐漸形成了一個平衡狀態。

(3)經過一系列加固整治措施后，湖區內圩堤的防洪能力有了較大提高,但仍然存在城市防洪標準低、新出險工險段、堤容堤貌差、部分項目未按設計完成、工程管理和監測設施不完善、防汛交通條件差、圩區排澇能力不足等問題。

而玻璃的主要成分是二氧化硅，為了對抗內層玻璃的拉扯，外層的二氧化硅會更加緊密地結合，分子間的距離大幅減少，從而形成了一種密度非常高的外殼，可以有效對抗內層的壓應力。

在一個完整的魯珀特之淚中，外層的壓應力一直處于平衡狀態，在對抗中形成了一個強硬的頭部。只要這種內外壓應力的平衡不被打破，那么魯珀特之淚就可以堅不可摧。

可是魯珀特之淚的弱點也非常明顯和脆弱，只需要輕輕對其尾部施加一個力，就可以讓它瞬間粉碎。為什么會這樣呢？其實也跟它內外壓應力的平衡有關。

前面提到，魯珀特之淚之所以會有強大的頭部防御力，主要是因為玻璃內外的壓應力形成了一種拉扯間的平衡狀態。如果這種平衡狀態被打破，魯珀特之淚自然就會瞬間瓦解。那么，要如何破壞這種平衡呢？從頭部破壞很明顯是不行的，根據科學家的實驗，魯珀特之淚的頭部可以抗衡20噸的液壓力量，只有壓力超過20噸，才能夠從正面擊破它。

相比頭部強大的防御力，魯珀特之淚的細小尾部可以說非常脆弱。由于魯珀特之淚的尾部質量最小，冷卻快，從而導致尾部冷卻不均衡，產生的應力也非常小，只需要在尾部用手指輕輕一掰，整個玻璃內部力的平衡就會被打破，魯珀特之淚會像多米諾骨牌一樣瞬間瓦解。

通過這個原理，科學家也將它應用到了一些現代物品上。例如我們現在所用的鋼化玻璃，就是在魯珀特之淚的基礎上改良的——將普通玻璃加溫到550℃的塑性狀態后，進入風柵急速冷卻，再通過一些處理就可以得到鋼化玻璃。

岡布茨體自然界里本不存在的東西

2006年，匈牙利數學家發現了一種全新幾何體——岡布茨，它是世界上首個只有一個穩定平衡點和一個非穩定平衡點，且兩個點在同一平面上的均質物體。這就意味著，無論以任何角度將其放置在水平面上，它都可以自行回到其固定的平衡點。

這很像大家都玩過的不倒翁，但不同的是，不倒翁的密度是不均勻的，是通過內置重物使重心下移，依靠底部的重量獲得平衡。而岡布茨體是均質物體，依靠本身的形狀就能自行恢復直立。

岡布茨實際上是一個著名的數學問題的現實解答，這個問題就是：是否存在一個這樣的三維幾何凸面體，它只有一個穩定平衡點和一個不穩定平衡點，能像不倒翁一樣，推倒之后自行恢復平衡。1995年，俄羅斯數學家弗拉基米爾·阿諾德（1937—2010，20世紀最偉大的數學家之一）提出了這個猜想，但他也證明不了，于是成為數學史上一樁小小的懸案。

岡布茨體

匈牙利數學家加博爾·多莫科什曾與阿諾德進行過討論，阿諾德的設想激起了加博爾的好奇心，于是他和自己的學生彼特·瓦爾科尼開始了這一探索。兩人花了10年左右的時間，寫出了一個完美的數學模型，從數學上證實了這種幾何體的存在。但它到底是什么樣子呢？他們在自然界中找不到這樣的物體，因為它需要很高的精度。兩個人最終決定把只在公式里存在的幾何體親自做出來。2006年，他們在電腦上設計出了岡布茨，通過三維模型控制精密機床做出了世界上第一個岡布茨實物。岡布茨的誕生成為匈牙利科學技術界的驕傲。

第一只岡布茨于2007年作為祝賀壽辰的禮物贈給了阿諾德教授；編號1458的岡布茨于2008年被匈牙利博物館收藏；編號為8的岡布茨用鋼材制成，高1.5米，最大寬度3米，重達2噸，陳列在2010年上海世博會匈牙利館的大廳，作為鎮館之寶。匈牙利人認為，岡布茨不僅象征著平衡與和諧，也代表著總是能從挫折中“重新站立起來”的匈牙利民族精神。

新型鎖子甲面料莫不是金庸筆下的“軟猬甲”？

在武俠小說中，“軟猬甲”可謂護體神器。它用金絲和藤枝混編而成，刀槍不入，可防內家拳掌，既堅固又柔軟，既輕便又保暖。英國《自然》雜志發表的一項材料學的最新研究中，描述了一種現代“軟猬甲”。這是一種由科學家研發的仿“鎖子甲”（鏈甲）的高科技智能面料，由3D 打印的相互連接的顆粒構成。當處于天然狀態時，這種面料易彎折，能披掛在復雜物體表面；當對它們施加壓力時，這些顆粒會被擠壓扣在一起，使織物變得堅硬牢固，且實現強載重，基于這種面料得到的結構，其最大載重量為自身重量的30倍以上，直到壓力釋放。這種材質將能用于各種機器人和醫療場景，預示著可能重構穿戴式結構的光明前景。

鏈甲結構示意圖?Structured fabrics with tunable mechanical properties

去黑洞里冥想吧看自己能不能被抻成面條

雖然黑洞的時空曲率大到連光都不能逃逸，但據說好奇的科學家找到了一種安全進入黑洞的方法。

第一步，找一個合適的黑洞。為了能安全進入，必須首選一個完全孤立、不旋轉帶電荷、沒有吸積盤的超大質量黑洞。超大質量黑洞從黑洞中心到事件視界的距離——也就是徑向距離——相當大，這就能夠確保事件視界的引力沒有那么大，不會把人抻成面條，從而使你能夠安全地進入黑洞的事件視界。

第二步，選擇一艘好的宇宙飛船。黑洞有超強的熱量和輻射，選擇一艘合適的宇宙飛船幫助你隔絕這些熱量和輻射，可以確保你在接近黑洞時不被蒸發。

第三步，堅定目標，聽天由命。尤其當你抵達事件視界時，不要試圖加速逃跑，這樣只會讓你更快掉落進黑洞。你只要耐心等待，做好心理準備。接下來，你會越過事件視界進入柯西視界。在這里，時間和空間變得有點不穩定，你的身體將受到各個方向的拉扯，周圍的時空界限也開始被拉扯。總之，柯西視界就是很奇怪的地方。

第四步，振作起來。在柯西視界里，你的身體像面條一樣被拉扯，可能會導致死亡。如果不想就這樣結束探險，那就需要你振作起來繼續在黑洞里移動。一旦你越過了柯西視界，這里就會變得有點玄幻，因為目前的科學理論并不能完全確定這里會發生什么。

第五步，冥想吧。黑洞一定是宇宙中進行冥想的絕佳地點，只是有個缺點，即便你參透了人生最深層面的秘密，也無法發一個朋友圈告訴別人。這也許就是人生的古老奧秘之一：真理存在于人的內心，而不是朋友圈。

第六步，尋找出路。假設你還沒有被黑洞摧毀，那么，是時候離開了。有理論認為，黑洞內部可能存在蟲洞。在蟲洞的另一端，你可能會發現自己瞬移到了另一個星球或維度，甚至可能是10年前你自己的宇宙。沒有人知道會發生什么。當然你也沒有其他選擇，如果還想活著，就得嘗試一下。否則，你最終會落入黑洞更深處，直到被重力撕裂。

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