特斯拉阀：被遗弃的天才之阀

石出

提起尼古拉·特斯拉，几乎无人不知无人不晓，交流电、无线电、雷达、X光摄影、太阳能发电等，许许多多我们今天离不开的技术和物品都来自这个聪明的科学家。可你知道吗？特斯拉还发明过一个让人疑惑的物品——特斯拉阀。

奇特的特斯拉阀

特斯拉阀之所以让人疑惑，是因为它长得有些奇形怪状：说它是水管吧，它又不是一根直管，而是由一个个像水滴一样的结构交互联结而成的管道，制造相同长度需要耗费的材料比直管更多，水从中流过还没有直管快;说它是阀门吧，它又不像普通阀门那样装有开关，能方便地控制水流的流量。让人拿它干什么好呢？即使有着特斯拉的名头加持，人们也对这个古怪的东西敬谢不敏。

特斯拉自己对这个东西倒是信心满满，按他的说法，这个东西既能当水管又能做阀门，是一个两用的天才设计。当水流从水滴大头那端流入时，虽然有两个开口，但只会有很少一部分水会选择弯道绕路而行，而大部分水依旧会沿着相对较直的管道流动。这样，特斯拉阀就可以当水管使用，水流从中流过几乎没有太多的损失。

而水流從另一端流入时，情况恰恰相反。在往前流动的过程中，水流会遇上一个接一个的弯道，第一批走弯道的水流会撞上管壁，大大损耗向前流动的能量;到下一个弯道，另一部分水流也会进入弯道，被损耗能量;两股水流相遇时，碰撞的发生也会导致能量再次损耗……这样的经历反复发生，每一滴水都无法逃开，直到最后水流再也无力前行，只有很少甚至没有水流能从管口流出。这就起到了阀门止水的作用。

尽管设计听起来不错，但人们此时已有了水管和阀门，两者一结合完全能达到特斯拉阀的目的，并不需要一个有着奇特设计的特斯拉阀，它也只得无奈蒙尘。

鲨鱼的妙用

很长时间里，特斯拉阀在人类生活中都没能一展身手，但在鲨鱼的消化道里，“特斯拉阀”却默默发挥着作用。

鲨鱼是海洋中的顶级掠食者，食量大得吓人，为了保证足够的营养，鲨鱼几乎无所不吃，它们的猎物包括无脊椎动物、鱼类、哺乳动物甚至海草。尽管如此，鲨鱼想捕获足够的猎物并不容易，海洋如此广阔，猎物轻易就能逃脱，大多数鲨鱼通常要隔上好几天甚至几周才能吃到一顿大餐。

好在，鲨鱼有一个好方法解决这个困境——随身携带“冰箱”，将暂时吃不完的大餐储存起来，当猎物不足时，它们就会将这些食物取出来，聊以充饥。鲨鱼的“冰箱”功能强大，能将食物保存十天半月都不会坏掉，这样，即使鲨鱼很长时间捕捉不到足够猎物，也不会饿死。

但是，鲨鱼的“冰箱”，也即消化道是如何完成这项工作的？牛有四个胃，这四个胃可以同时完成不同的工作，当一个胃在进行消化时，也不耽误其他的胃对食物进行储存。而解剖结果表明，鲨鱼只有一个胃，它如何能在消化食物的同时又储存食物呢？

借助一种新方法，美国加州州立大学多明格斯山分校的研究人员第一次看到了鲨鱼肠道的全貌。研究人员从不同角度拍摄了一系列鲨鱼肠道的X射线图像，再用计算机进行处理，将其组合成三维图像，这样，无需解剖或破坏原有结构，就能直接观察到鲨鱼肠道的复杂细节，最大程度地保留了消化道的原貌。他们惊奇地发现，鲨鱼竟然在消化道中装载有一个“特斯拉阀”，正是这一结构帮助它们完成了边消化边储存的双重功能。

鲨鱼的肠道像盘山公路一样盘旋曲折，在平滑肌的节律蠕动和重力的作用下，食物在肠道中缓慢移动，既能充分消化食物，也减少了处理食物所消耗的能量。与此同时，螺旋肠道的多个弯道像特斯拉阀一样，能阻止食物回流，甚至能让食物停在特定的位置，这样就能起到储存食物的效果。

鲨鱼究竟是不是这样消化并存储食物的呢？研究人员计划使用三维打印法创建几种不同的鲨鱼肠道模型，用以实际测试材料穿过结构的过程，验证了他们的猜想。

拂去尘埃，大放异彩

受到鲨鱼的启发，美国加州州立大学的研究者希望能将特斯拉阀运用到废水处理和水中微塑料过滤等领域，用最简单的材料进行对流体的控制，既能让流体通过又能截流流体中的其他杂质，让特斯拉阀发挥应有的作用。

特斯拉阀还有着更多的应用潜力。特斯拉阀不需要通过其他活动部件来控制流体的运动，可以使用多种材料来制造，减少了部件被腐蚀或磨损而损害功能的可能性，更加耐磨、耐用。目前，特斯拉阀已被广泛用于微流体和脉冲喷射发动机中，用来输送燃料、冷却剂、润滑油或其他气体和液体。除了流体，特斯拉阀竟然对火焰也有“截流”的效果。在此前的一项研究中，研究人员发现，用喷枪对着特斯拉阀的左侧喷火，发现火焰难以从右侧喷出。而交换一下位置，从右侧喷火，高速摄影机下可以清楚地看到火焰顺利快速地通过特斯拉阀。这种特性是不是可以在火箭发动机中有所应用呢？如果将火箭的喷火管道设计成特斯拉阀，甚至弯曲盘旋起来，是不是可以大大提高喷发速度，增大火箭的推力呢？对相关领域的科学家而言，也许会是一个重大的启发。特斯拉不愧是一个伟大的发明家，他在几十年前制造出的一个简单的小玩意儿，后世的人们仍不能完全领悟其中的魅力。