用平底鍋煮雞蛋,竟煮出神奇的六角形東西來了,究竟是什么東東?

這是一個簡單的試驗,每個人隨時都可以做,條件只有兩個,平底鍋和若干個雞蛋。
你要做的,就是把鍋里加上水,等水差不多燒開的時候,把雞蛋打開,以煮荷包蛋的形式放進鍋里,多放幾個雞蛋,慢慢加熱,然后就開始等待,見證奇跡的時刻即將到來。
仔細觀察平底鍋的水面,是不是出現(xiàn)了一些六角形的像是蜂巢形狀的結(jié)構(gòu)?鍋里有幾個雞蛋,就可能出現(xiàn)幾個這種結(jié)構(gòu)。
你一定感覺很奇怪,雞蛋明明是圓形的,要出現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)也還是該圓形的啊,怎么會是六角形的呢?

這可是一個著名的現(xiàn)象,叫做瑞利-貝納德對流,是在混沌系統(tǒng)中產(chǎn)生的一種自組織模式。
是不是感覺特有成就?煮雞蛋居然煮出高大上的物理理論了,其實物理化學(xué)現(xiàn)象本來就來自于我們的生活,和生活密切相關(guān),只是平時我們很少注意和了解罷了。

瑞利-貝納德對流是法國科學(xué)家亨利·貝納德在1900年發(fā)現(xiàn)的,當(dāng)我們在水平容器中均勻加熱薄薄的液體時,液體上下層的溫差如果超過一定閾值,穩(wěn)定的熱傳導(dǎo)就會被不穩(wěn)定的對流模式取代,從而自發(fā)形成正六邊形的蜂窩狀結(jié)構(gòu),每個六角形中間的液體向上流動,邊界處液體向下流動。

這個實驗實際用平底鍋加熱1毫米左右的硅樹脂油,在精密條件控制下可以觀察到最佳的效果,為便于觀察,通常還要在油中加一些鋁粉。當(dāng)鍋被慢慢加熱時,底層的液體受熱擴張,密度減小,就會向上浮起。如果加熱不均勻,油會在最熱的地方浮起,冷的地方下沉,形成一個對流胞;但如果加熱很均勻,低層液體就找不到可以浮起的地點,從而上層保持冷卻,下層溫度持續(xù)上升,當(dāng)達到某個閾值時,平衡被打破,液體表面就會突然分裂成一群六邊形的對流胞,低層熱液從每個對流胞的中間上升,流到邊界,再從邊界處下沉。

這個現(xiàn)象最早由瑞利男爵和貝納德進行研究,因此稱為瑞利-貝納德對流,在很多自然現(xiàn)象中都有發(fā)生。
比如你用平底鍋加熱椰子油等其它油,甚至加熱濃稠的米湯,都有可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象,家庭主婦們?nèi)绻^察仔細的話,在這方面應(yīng)該是有很多心得的。

北愛爾蘭的巨人岬六邊形石柱,也是在古代火山作用下,由巖漿的瑞利-貝納德對流冷卻形成的。土星北極的六角形結(jié)構(gòu),也被認為和瑞利-貝納德對流有關(guān)。太陽表面的米粒組織,也是一種瑞利-貝納德渦流。天空中出現(xiàn)的乳狀云,可能也是瑞利-貝納德渦流結(jié)構(gòu)。

所以在自然界中,你如果發(fā)現(xiàn)還有什么六角形的結(jié)構(gòu),不妨認真思考一下,它究竟是不是和煮雞蛋一樣,也是一種瑞利-貝納德對流呢?
希望你看到這里的時候,還沒來得及把雞蛋打下鍋,因為一次性煮這么多雞蛋可能比較麻煩,不吃浪費,全部吃下去了會不會膽固醇中毒呢?
徐德文科學(xué)頻道公眾號:xudewen028,傳播最新、最前沿、最有趣的科學(xué),敬請關(guān)注。