廚房中的美食物理學

2021-02-17 科學媒介中心


看到標題你可能會奇怪,天體物理學是研究浩瀚宇宙中天體的一門科學,而廚房是家中的彈丸之地,這兩者會有什麼關聯?

 

打翻的牛奶與II型超新星

 

如果不小心在廚房裡打翻剛剛打開的瓶裝牛奶或果汁,一般人只會有些懊惱。而對於澳洲昆士蘭科技大學物理專業高級講師史蒂芬·休斯(Stephen Hughes)來說,他由打翻的液體瞬間聯想到的是和II型超新星爆炸有關的物理學。當一顆大質量恆星(質量大約是太陽的十倍或更大)接近演化末期時產生劇烈的爆炸,就產生了II型超新星。

 

爆炸由恆星中心的鐵核突然塌縮而引發,星體的其餘部份隨之向反彈的鐵核猛烈撞擊,形成一股自內而外的衝擊波。當衝擊波到達表層時沒有可以再衝擊的物質,星體的外層就向太空猛烈噴出。

 

在廚房,飲料掉落後瓶子底部受到擠壓並衝擊液體,也形成了一股衝擊波。當衝擊波到達瓶口時沒有可以再衝擊的液體,液體也就隨之濺出了。

 

烤箱中的小宇宙

 

廚房裡的烘焙過程也有類似宇宙演變的現象。天體物理學家經常用「葡萄乾麵包」比喻宇宙擴張。做麵包的麵團相當於宇宙,葡萄乾就好比星系。

 

想像一下烤箱正開著,你坐在麵團中央的一顆葡萄乾上,當麵團膨脹時,你可以看到周圍其他的葡萄乾在向遠處移動。同樣,在宇宙中,從銀河系觀察,幾乎每一個星系都在向遠處移動。發現這一現象的是美國天文學家埃德溫·哈勃(Edwin Hubble),他還發現,離銀河系越遠的星系退行的速度越快(哈勃定律)。

 


天體物理學家常用「葡萄乾麵包」比喻宇宙擴張

 

玻璃杯中的日落

 

孩子們經常會問道:「為什麼天空是藍色的?」很多父母都不知怎樣回答,其實可以在廚房裡做個簡單的小演示。裝一玻璃杯的水(最好杯子的側壁是直的),在水中滴入一滴牛奶並攪拌一下。用一個LED手電筒向水裡照射,你會看到光束末端是黃色的。如果看不到光線,那就需要把加了牛奶的水稀釋一下。光束末端之所以是黃色的,是因為藍光被分離,就是通常所說的散射。如果晚上進行實驗,把廚房裡的燈光都關掉,從側面觀察這杯水,你會看到淡淡的藍光,那就是被牛奶散射的光。

 

廚房裡的小實驗可以演示光線的散射。現實中,大氣層裡的空氣分子反射陽光中的藍光,人的肉眼從各個方向接收到藍光,因此看到的天空是藍色的。當太陽接近地平線時,陽光需要透過更厚的大氣層,使得紅光被反射,便產生了肉眼看起來的「夕陽紅」。

 

科學在生活中處處可見。當你再回到廚房時,腦海中出現了什麼?

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