研究者終于回答了自從17世紀(jì)就困擾科學(xué)家的一個問題：為什么名為“魯伯特之淚”的蝌蚪形玻璃的頭部這么硬？

在17世紀(jì)，德國的魯伯特王子將某些玻璃滴帶給了英格蘭的查理二世，令其為之深深著迷。這種玻璃滴的頭部十分堅硬，能承受錘子的重?fù)簦湮膊繀s十分脆弱，甚至可以用手指扳斷，并且隨著尾部的斷裂，整個玻璃滴也會立即化為齏粉。

將熔化的玻璃滴入冷水中，就能很容易做出魯伯特王子的玻璃滴。雖然研究者們多年來均試圖弄清如此獨(dú)特性質(zhì)的原因，但直到最近研究者才利用現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行了仔細(xì)的研究。

超載雞獻(xiàn)寶魯伯特之淚。credit: 煎蛋畫師六翼

1994年，普渡大學(xué)的S. Chandrasekar和劍橋大學(xué)的M. M. Chaudhri利用高速分幅照相法觀察魯伯特之淚的碎裂過程。他們總結(jié)出表面具有高壓應(yīng)力，而內(nèi)部具有強(qiáng)張力，因此處于不穩(wěn)定的均衡態(tài)，打破尾部就能破壞這種平衡。

但仍有一個問題有待解決，就是壓力在魯伯特之淚中的分布情況，這將有助于完全解釋玻璃滴的頭部如此堅硬的原因。

為此，Chandrasekar和Chaudhri開始與愛沙尼亞塔林理工大學(xué)的Hillar Aben教授合作。Aben的研究專長是透明三維物體中的殘留應(yīng)力，比如魯伯特之淚。

在他們?nèi)税l(fā)表在應(yīng)用物理快報上的新研究中，他們利用透射式光彈性儀研究魯伯特之淚內(nèi)部的壓力分布。透射式光彈性儀是一種顯微鏡，能測量軸對稱透明物體的雙折射。

實驗中，研究者將魯伯特之淚懸浮在透明液體中，利用紅色LED燈照射。通過利用光偏器，研究者測量了光穿過玻璃滴的光遲滯，并據(jù)此構(gòu)建了整個玻璃滴中的壓力分布。

研究表明頭部的表面壓應(yīng)力遠(yuǎn)比先前所想更高——高達(dá)700兆帕，幾乎是大氣壓的7000倍。并且表面壓縮層也很薄，大約是頭部直徑的10%。

正如研究者所言，這使得玻璃滴頭部具有極高的斷裂強(qiáng)度。要打碎玻璃滴，就必須要要能將沖擊傳遞到內(nèi)部的張力區(qū)。而由于表面的裂縫會平行于表面延伸，因此無法到達(dá)張力區(qū)。反而最簡單的辦法是弄碎尾部，這樣該部位的擾動就會傳遞到張力區(qū)。
大體上，研究者認(rèn)為這一結(jié)果最終解釋了魯伯特之淚的秘密。

Chaudhri說道：“這一研究完全解釋了頭部如此堅硬的原因。我認(rèn)為我們已經(jīng)解決了該領(lǐng)域的大部分主要問題，不過也有可能會冒出一些新問題?！?/p>

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