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厨房里的天文学

2024-09-03欧阳晨煜

知识窗 2024年8期

看来,小小的厨房里藏着很多宇宙奥秘。从一个小小的食材、小小的仪器中,我们就能窥见宇宙的秘密。

如果我说,从厨房里可以学到天文学知识,你或许会觉得不可思议。厨房是平凡的、接地气的场所,宇宙是深邃的、神秘的遥远空间,二者看起来好像毫无关联。但事实上,厨房里的不少生活现象都和天文学现象共用着同样的原理。从一个小小的食材、小小的仪器中,我们就能窥见宇宙的秘密。

烤面包和宇宙的起源

关于宇宙的起源一直是个大秘密,你一定听过“宇宙大爆炸”这个词,它是1932年由比利时宇宙学家乔治·爱德华·勒梅特首次提出的理论,是目前公认的最可靠的宇宙起源说,指出宇宙是膨胀的。

你想象中的爆炸应该是电视剧里那样“轰”的一声,宇宙中的各种物质好像手榴弹的碎片一样从中心点迸裂开,散射到各个地方,形成了各个天体。但事实上,宇宙大爆炸的过程完全不是这样的。让我们用厨房爱好者最喜欢的甜蜜烘焙来解释一下大爆炸的经过。

假如你要烘焙一个美味的葡萄干面包,首先要在一个揉好的面团上点缀一些葡萄干。此时,黑紫色的葡萄干代表宇宙中的物质,面团代表宇宙的空间。当你把它们放进烤箱,在一旁观察等待的时候,你会发现随着烘烤的进行,面团会不断地膨胀,而葡萄干之间的距离也随之拉开,变得越来越远,但它们的整体分布依旧是均匀的。

这个烤面包的膨胀过程其实就是宇宙大爆炸的过程。在最初的时候,宇宙是一个极小的空间,所有的物质都聚集在里面,就像未烘烤过的面团和葡萄干一样。然后,宇宙开始从这个小空间不断地膨胀,于是各个天体之间的距离越来越远,就像烘烤过程中的葡萄干一样。这样的过程经历了大约137.8亿年,才形成今天的宇宙。

所以现在,你应该理解了宇宙大爆炸的过程。和所有的物理爆炸与化学爆炸都不一样,宇宙大爆炸指的是宇宙从一个极小的空间开始在极短的时间内极速膨胀的过程。所以,用厨房中一个最常见的烘焙方法就可以解释深奥的宇宙起源理论,是不是很有趣呢?

鸡蛋和星球旋转的秘密

鸡蛋是厨房里常见的食材之一,它可以出现在大部分的菜肴里,但你有没有遇到过一个困扰:如何分辨生鸡蛋和熟鸡蛋?最简单的办法当然是剥开看看,但是这样会破坏外壳。有一个好办法就是把鸡蛋放在光滑的平面上旋转,几秒钟后用手指轻触蛋壳,如果它立刻停下来就说明这是熟鸡蛋,如果它还要继续旋转几秒,那就是生鸡蛋。

为什么可以通过旋转来区分生鸡蛋和熟鸡蛋呢?这背后有一条物理学定律——角动量守恒定律。角动量是物理学中用来描述一个物体旋转时的动量,所以简单来说,角动量守恒定律就是:物体总是倾向于保持原来的运动状态,/yoVjTGr3lsAD7FwRATIJlHz8xZ1pdKLtrT29KijRiA=除非对它施加外力。当我们转动鸡蛋时,鸡蛋旋转而有了角动量,用手指触碰鸡蛋,就是用外力改变了鸡蛋的运动状态。熟鸡蛋里面已经凝固了,手指的外力让它停下来时,整个鸡蛋就停止转动了。而生鸡蛋里面还有可以自由晃动的蛋液,当手指让蛋壳停下来时,外力没有完全作用到里面的蛋液,因此蛋液仍然维持一些角动量,就会带动着鸡蛋继续旋转一会儿。

角动量守恒定律不仅适用于鸡蛋,还适用于遥远而神秘的星球。你有没有思考过一个问题:为什么宇宙中的星球都在不停地旋转呢?比如恒星、行星都在不停地旋转,其中一个主要原因就是角动量守恒,而这个角动量就来自地球形成初期的动量。46亿年前形成地球的原始太阳系星云一边旋转一边聚集收缩,当地球形成时,自然就“分享”了一部分它的角动量,因此地球开始旋转,到目前为止,还没有出现足够强的外力作用使得它停止转动,所以地球不仅在几十亿年里不停地旋转,之后还会继续保持自转和公转。

没想到吧,通过厨房里常见的一枚鸡蛋,你可以窥见宇宙天体旋转的秘密。

脱脂牛奶和宇航员的

“魔鬼训练”

除了鸡蛋之外,牛奶也是厨房必备物品。很多健身的人为了降低热量的摄入,喜欢喝脱脂牛奶。要想把脂肪从牛奶中分离出去,我们需要一个神奇的东西——离心机,把牛奶放进离心机中高速旋转,强大的离心力会使得牛奶受到向外的加速度影响,所以在短短几秒钟内就能把普通牛奶分离为脱脂牛奶和奶油。这样,你就可以喝到一杯健康的牛奶,同时享用美味的奶油了。

离心技术在厨房或者说在食物界应用相当广泛,分离果汁和果渣也往往要用到离心式榨汁机。但是,你知道吗,去太空出差的宇航员也离不开离心机。这是怎么一回事呢?

目前,火箭是人类进入太空的方式之一,火箭发射升空的时候会向上做加速运动,在几百秒内把航天器从地面静止状态加速到宇宙第一速度。这时候,宇航员处于超重状态,感受到的加速度相当于自身四五倍的重量压在身上,身体会产生缺氧、视线模糊、呼吸困难等不适症状。为了应对这种情况,宇航员都需要经历一个魔鬼训练——离心机训练,以提高自己的超重耐力。离心机有一个长长的臂膀,通过做圆周运动可以产生向心加速度来模拟宇航员感受到的加速度。离心机的转速不同,宇航员感受到的加速度就不同。宇航员通过这种方式来慢慢训练,提高耐力。

看来,小小的厨房里藏着很多宇宙奥秘。从此,你不再会小瞧这个充满烟火气的地方,因为通过它,你可以学习到许多天文学知识。