廚房里的天文學

小小的廚房里藏著很多宇宙奧秘。

如果我說，從廚房里可以學到天文學知識，你或許會覺得不可思議。廚房是平凡的、接地氣的場所，宇宙是深邃的、神秘的遙遠空間，二者看起來好像毫無關聯。但事實上，廚房里的不少生活現象都和天文學現象共用同樣的原理。從一個個小小的食材、小小的儀器中，我們就能窺見宇宙的秘密。

烤面包和宇宙的起源

對人類來說，宇宙的起源問題一直是個大秘密。你一定聽過“宇宙大爆炸”這個詞，它是由比利時宇宙學家喬治·愛德華·勒梅特提出的理論，是目前公認的最可靠的宇宙起源說，指出宇宙是膨脹的。

你想象中的爆炸應該是電視里演的那樣，“轟”的一聲，宇宙中的各種物質像手榴彈的碎片一樣從中心點迸裂，散射到各個地方，形成了各個天體。但事實上，宇宙大爆炸的過程完全不是這樣的。讓我們用烹飪愛好者最喜歡的甜蜜烘焙來解釋一下大爆炸的經過。

假如你要烘焙一個美味的葡萄干面包，首先要在一個揉好的面團上點綴一些葡萄干。此時，黑紫色的葡萄干代表宇宙中的物質，面團代表宇宙的空間。當你把它們放進烤箱，在一旁觀察等待的時候，你會發現，隨著烘烤的進行，面團會不斷地膨脹，而葡萄干之間的距離也隨之拉開，變得越來越遠，但它們的整體分布依舊是均勻的。

這個烤面包的膨脹過程其實就類似于宇宙大爆炸的過程。在最初的時候，宇宙是一個極小的空間，所有的物質都聚集在里面，就像未被烘烤過的面團和葡萄干一樣。然后，宇宙開始從這個小空間不斷地膨脹，于是各個天體之間的距離越來越遠，就像烘烤過程中的葡萄干一樣。這樣的過程經歷了大約137.8億年，才形成今天的宇宙。

現在，你應該已經理解了宇宙大爆炸的過程。和所有的物理爆炸與化學爆炸都不一樣，宇宙大爆炸指的是宇宙從一個極小的空間開始，在極短的時間內極速膨脹的過程。所以，用廚房中一個常見的烘焙方法就可以解釋深奧的宇宙起源理論，是不是很有趣呢？

雞蛋和星球旋轉的秘密

雞蛋是廚房里常見的食材之一，它可以出現在大部分的菜肴里。但你有沒有遇到過一個困擾：如何分辨生雞蛋和熟雞蛋？最簡單的辦法當然是剝開看看，但是這樣會破壞外殼。有一個好辦法就是把雞蛋放在光滑的平面上旋轉，幾秒鐘后用手指輕觸蛋殼，如果它立刻停下來就說明是熟雞蛋，如果它還會繼續旋轉幾秒，那就是生雞蛋。

為什么可以通過旋轉來區分生雞蛋和熟雞蛋呢？這背后有一條物理學定律——角動量守恒定律。角動量是物理學中用來描述一個物體旋轉時的動量。簡單來說，角動量守恒定律就是：物體總是傾向于保持原來的運動狀態，除非對它施加外力。當我們轉動雞蛋時，雞蛋因旋轉而有了角動量，用手指觸碰雞蛋，就是用外力改變雞蛋的運動狀態。熟雞蛋里的蛋液已經凝固了，手指的外力讓它停下來時，整個雞蛋就會停止轉動。而生雞蛋里面還有可以自由晃動的蛋液，當手指讓蛋殼停下來時，外力沒有完全作用到里面的蛋液，因此蛋液仍然維持一些角動量，就會帶動著雞蛋繼續旋轉一會兒。

角動量守恒定律不僅適用于雞蛋，還適用于遙遠而神秘的星球。你有沒有思考過一個問題：為什么宇宙中的星球都在不停地旋轉呢？比如，恒星、行星都在不停地旋轉。其中一個主要原因就是角動量守恒。而這個角動量來自地球形成初期的動量。46億年前形成地球的原始太陽系星云一邊旋轉一邊聚集收縮，當地球形成時，自然就“分享”了一部分它的角動量，因此地球開始旋轉。到目前為止，還沒有出現足夠強的外力作用使得它停止轉動，所以地球不僅在幾十億年里不停地旋轉，之后還會繼續保持自轉和公轉。

沒想到吧，通過一枚廚房里常見的雞蛋，你可以窺見宇宙天體旋轉的秘密。

脫脂牛奶和宇航員的“魔鬼訓練”

除了雞蛋，牛奶也是廚房的必備物品。很多健身的人為了降低熱量的攝入，喜歡喝脫脂牛奶。要想把脂肪從牛奶中分離出去，我們需要一個神奇的東西——離心機，把牛奶放進離心機中高速旋轉，強大的離心力會使牛奶受到向外的加速度影響，在短短幾秒鐘內就能把普通牛奶分離為脫脂牛奶和奶油。這樣，你就有機會喝到一杯脫脂牛奶，同時享用美味的奶油。

離心技術在廚房或者說在食物界的應用相當廣泛，分離果汁和果渣往往也要用到離心式榨汁機。但是，去太空出差的宇航員也離不開離心機，這是怎么一回事呢？

目前，火箭是人類進入太空的方式之一。火箭發射升空的時候會向上做加速運動，在幾百秒內把航天器從地面靜止狀態加速到宇宙第一速度。這時候，宇航員處于超重狀態，感受到的加速度相當于自身四五倍的重量壓在身上，身體會產生缺氧、視線模糊、呼吸困難等不適癥狀。為了應對這種情況，宇航員都需要經歷一項魔鬼訓練——離心機訓練，以提高自己的超重耐力。離心機有一個長長的臂膀，通過做圓周運動可以產生向心加速度來模擬宇航員感受到的加速度。離心機的轉速不同，宇航員感受到的加速度就不同。宇航員通過這種方式來慢慢訓練，提高耐力。

看來，小小的廚房里藏著很多宇宙奧秘。從此，你不再會小瞧這個充滿煙火氣的地方，因為通過它，你也可以聯想到許多天文學知識。

（張秋偉摘自《知識窗·上半月》2024年第8期，Raven圖）