克服重力在水面下倒置航行！科學家實現了電影中的場景

2020-09-04 探索XXX

在2000多年前的一天，阿基米德赤身露體、溼淋淋地跑在義大利錫拉丘茲的街道上，高喊著「找到了!」因為他發現了一種基本的物理現象：浮力。儘管這只是個傳說，但阿基米德的確在很早以前就發現了浮力，而由此也拉開了人類在江河湖海上航行的歷史。

如今，一組法國物理學家發現了一種新的「浮力」，他們稱之為「反重力」！在一個驚人的示範中，小船似乎無視重力定律，因為它們的帆指向下方，在其上方的水面上來回跳動。而導致這一切的根源就是「振動」！

神奇的震動

科學家們早就知道，以適當的頻率振動一個介質，比如水體，會導致奇怪的物理特性產生。

1951年，俄羅斯諾貝爾獎得主、物理學家彼得·卡皮扎發現，將振動應用於鐘擺可以創造一個二級穩定平衡點。當一個正常的鐘擺在重力作用下從左到右擺動時，卡皮扎的振動鐘擺也可以做同樣的事情，但是指向上方，看起來是在對抗重力。

卡皮扎倒置鐘擺

而通過上下振動容器，還可以使某些液體懸浮在一層氣體之上，因為反覆的向上抽動可防止流體滴入下方的空氣中。

巴黎高等物理化學與化學工業學院的物理學家伊曼紐爾·福特及其同事通過在矽油或甘油下方注入一層氣體並振動容器得到了這種效果。研究人員之所以使用這些濃稠的物質，是因為要使液體保持懸浮需要劇烈振動，體積越大的液體需要的振動也越大。而且像水這樣的非粘稠液體則不會形成穩定的懸浮層。

「從技術上講，只要振動足夠多的液體，就可以保持任何大小的液體層，」福特說。 「如果您想倒置一個遊泳池，有可能......但是您需要有非常粘稠的液體。」在這裡，福特的團隊在實驗中最多使用了半升液體。

神奇的倒置飄浮

通過容器上下劇烈搖動來保持一層懸浮的液體是物理學家已知的結果，但新的實驗顯示了這種反重力技巧的驚人效果：玩具船和其他物體能夠沿著懸浮的液體的底部及其頂部漂浮。

在實驗中，一隻小玩具船沿著懸浮的液體底部漂浮，與正常的在液體上部漂浮一樣。在磁性引導器的幫助下，研究人員甚至可以拉著一隻小船駛向液體的頂部，另一隻小船駛向了液體的底部。

造成這一現象的原因還是與阿基米德發現的浮力有關。由於浸入液體中的任何物體都會受到向上的浮力，因此當玩具的一部分被淹沒時，這個顛倒的船也會受到相同的向上的浮力。其結果就是，如果船浸入水中的部分足夠大，其產生的浮力就足以抵消船受到的重力，最終漂浮在液體下表面上。也許這是2000年前的阿基米德沒有想到的。

振動的奇異世界

這項研究發表在9月3日的《自然》雜誌上。文章中，研究人員還通過理論計算驗證這個結果，這意味著該事件不僅是偶然現象，而且是振動如何影響稠密液體的基本特徵。

紐西蘭奧克蘭大學的工程師弗拉迪斯拉夫·索羅金說：「看到這種效果，我感到非常驚訝。」索羅金研究了振動液體中的另一種自相矛盾的現象，即氣泡沉入液體底部而不是上升至頂部。他說，這種新現象的發現暗示在振動系統中或許還有很多違反直覺的效應沒有被發現。

研究人員振動在化學或生物學領域可能存在的其他奇怪狀態感到興奮，他們認為這些現象有巨大研究潛力，並有可能應用到工業生產，例如從液體中去除塑料顆粒，或將汙染物從水和其他液體中分離出來。但是就目前而言，科學家們還只是在享受這些怪異的現象。

福特說：「有趣的是，它引發了非科學人士的反應。」 「人們說這就像加勒比海盜中船倒立漂浮時的景象。這違反直覺。它使人們談論科幻小說和幻想，這非常好。」

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