尽管俗话说,水往低处流,但是在2008年,有人发现了逆流的水就在身边——水可以逆流而上。
倒茶倒出的“逆流污染”
发现水可以逆流的人叫做比安基尼,一位物理系的大学生。当时,他正在泡阿根廷的传统马黛茶,马黛茶的茶叶是粉末状的。在他倒水的时候,突然发现小壶里的茶叶竟然跑到了倒水的水壶中。
比安基尼从来没见过这种现象,于是去请教他的导师,但是导师也没见过这种逆流的现象。比安基尼于是就利用这种现象作为自己毕业论文的课题,进行更进一步的研究。在实验中,他把茶叶换成了粉笔末,也发生了逆流的现象,这说明逆流并非是茶叶的专属。
这个反直觉的日常物理现象说明,下游的水可以反过来污染上游,所以上游的水可不一定比下游的干净。这种现象后来就被称为“逆流污染”。
过了几年,美国罗格斯大学的工程学教授特洛伊·辛布洛注意到了比安基尼的论文,并产生了兴趣,随后他召集学生,重复了比安基尼的实验,然后有了新的发现。
在实验中,如果发生了逆流污染,液体一般可以向上攀升1厘米的高度,最高甚至高达2厘米。另外,无论冷水还是开水,都可以产生逆流污染,而且哪怕上方流水处的敞口宽达几米,液体依然能向上攀爬。
逆流污染现象的发现可是非常重要的。尽管逆流污染对我们的日常生活影响不大,但是在化学领域,例如在配溶液或配药过程中,试管里的溶液或药剂会跑进滴管当中,反过来污染滴管里的液体,或给滴管造成损害。
那么,液体为什么能倒流呢?这背后的原理是马伦哥尼效应。
马伦哥尼效应
两种液体相接触时,表面张力强的液体会将表面张力弱的液体拉过来,因此会出现表面张力弱的液体向强的方面渗透。这种现象最早是由意大利物理学家卡罗·马伦哥尼首先在1865年的论文中研究发表的,所以叫做马伦哥尼效应。
但是逆流污染的液体并没有相互接触,科学家又是怎么确定逆流污染现象是由马伦哥尼效应导致的?辛布洛教授对此进行了实验。他往上游的水里加入能够减少表面张力的苯扎氯铵活性剂,在他这么干之后,水就不会倒流了。因此,他确认逆流污染现象是由马伦哥尼效应引起的。
现在,让我们回过头来,看看茶叶和粉笔末究竟是怎么向上攀的。在茶叶和粉笔末逆流的实验中,下方的水由于加入茶叶或粉笔末,导致表面水分子的内聚力被破坏,从而使得表面张力降低。加入茶叶的水的表面张力下降了三分之一,而加入粉筆末的则下降了二分之一。这种由与上方的水的表面张力差所产生的马伦哥尼效应,加上较为接近的倾倒距离,水就逆流而上了。