小廚房里烹出大宇宙

楊廣宇

小廚房里烹出大宇宙

楊廣宇

廚房是家中狹小的彈丸之地，宇宙則是浩瀚無邊的時空，兩者能有什么關聯呢？澳大利亞天體物理學家斯蒂芬·休斯就找到了一種關聯，他通過烹飪，用食物來模擬形形色色的宇宙現象。休斯戲稱，自己已經將天體物理學引入了廚房，因此這種廚技被稱為“美食物理學”。下面我們將會看到休斯的“美食物理學”，也許它不十分嚴謹，但絕對是非常有趣的。

掉落的牛奶產生“超新星”

在廚房工作時，你是否曾經失手掉落剛剛開瓶的牛奶瓶或者果汁瓶，瓶中的牛奶隨后從瓶口噴出，濺了你一臉？休斯就曾有過這樣的經歷，但他瞬間意識到，這可以和天體物理學中的Ⅱ型超新星爆發聯系起來。

當一顆大質量恒星——大約10倍于太陽或者更大——來到了“生命”的盡頭，它就會發生慘烈的爆炸，即產生了Ⅱ型超新星。爆炸由恒星鐵核的突然塌縮引發，恒星的其余部分隨之塌縮，猛烈撞到鐵核后反彈，這一過程產生的沖擊波從恒星內部向表層傳播。當沖擊波到達表層時，那里已經沒有可以再用來沖擊的星體物質了，所以恒星的外層就猛烈地噴入太空。

相同的道理，牛奶瓶掉落后會導致瓶底受到擠壓（即瓶底“塌縮”），然后會將牛奶向上沖擊，也形成一股沖擊波。當這股沖擊波到達瓶口的時候就沒有可以用來沖擊的牛奶了，所以牛奶被噴向空中，濺了你一臉。

烘焙一個小宇宙

在烘焙食物時，你同樣也能看到宇宙的演變過程。

天體物理學家常常用“葡萄干面包”的比喻來解釋宇宙的膨脹。其中，面包中的面團代表宇宙中的空間，葡萄干則代表宇宙中的星系。

想象一下，當葡萄干面包被放到烤箱中烘焙的時候，你正坐在面團中的一個葡萄干上，你可以看到，面團正在膨脹，其他的葡萄干正在遠離你。同樣，我們在銀河系中觀察宇宙，會發現幾乎所有的星系都在遠離我們。

于是在廚房里，休斯常常烘焙一種他戲稱為“HubbleDamper”的面包，以此來紀念美國天體物理學家埃德溫·哈勃。因為哈勃首次明確證實了“星系正遠離我們”這一宇宙現象，而且他還發現，星系越遠，退行的速度就越快。

不過，為了增加所謂的“現實主義”，休斯用紅莓干代替了葡萄干——紅莓是紅色的，星系則是在“紅移”。下面是“HubbleDamper”的完整配方：450克自發面粉；一小勺鹽；80克冷凍黃油；185毫升水；170克紅莓干。上述材料混合均勻后，在200℃的烤箱中烘焙30分鐘，面包即可出爐。

玻璃杯中的日落

“為什么天是藍的？”這是孩子們最常問到的一個天文學問題，而許多父母卻不知怎么回答。如果你遇到這樣的問題，不要慌張，你可以在廚房里做點事情來解釋“藍天”。

找一個直線側壁的玻璃杯，用它裝一杯水，向水中滴一滴牛奶并攪拌。找一個LED手電筒向水中照射。當你從光束的發起端望向末端（順著手電筒的方向看），你會發現光束的末端是黃色的。如果你在杯中看不到LED的光束，那么加水稀釋一下。

LED的光束有一個黃色的末端，這意味著藍光已經被分離出去了，這就是所謂的“散射”。如果你在夜間進行實驗，關掉廚房的燈，從側面觀察這杯水。你會看到藍色的輝光——這些就是被牛奶散射的光。恭喜你，你已經在廚房里創造了屬于你的“日落”和“藍天”。

在現實中，太陽光通過大氣層到達地面。相比較于紅色波段的光來說，大氣層空氣中的分子更喜歡散射藍光。在白天，藍光從各個方向到達我們的眼中，相當于我們從側面看水杯，這讓天空看起來是藍色的。當太陽接近地平線時，陽光需要透過更厚的大氣層，相當于我們以端對端的方向看水杯，此時藍光因散射所受損失較多，日落變成了紅色。

怎么樣？斯蒂芬·休斯的“美食物理學”是否打動了你？當你再回到廚房的時候，也許會有些新的奇思妙想吧。那么，大膽實驗吧，在你提高廚藝的同時，沒準還會學到許多新的物理知識呢！

（摘自《大科技·科學之謎》2016年12期）