水也可以逆流而上

喬軾

盡管俗話說，水往低處流，但是在2008年，有人發現了逆流的水就在身邊——水可以逆流而上。

倒茶倒出的“逆流污染”

發現水可以逆流的人叫做比安基尼，一位物理系的大學生。當時，他正在泡阿根廷的傳統馬黛茶，馬黛茶的茶葉是粉末狀的。在他倒水的時候，突然發現小壺里的茶葉竟然跑到了倒水的水壺中。

比安基尼從來沒見過這種現象，于是去請教他的導師，但是導師也沒見過這種逆流的現象。比安基尼于是就利用這種現象作為自己畢業論文的課題，進行更進一步的研究。在實驗中，他把茶葉換成了粉筆末，也發生了逆流的現象，這說明逆流并非是茶葉的專屬。

這個反直覺的日常物理現象說明，下游的水可以反過來污染上游，所以上游的水可不一定比下游的干凈。這種現象后來就被稱為“逆流污染”。

過了幾年，美國羅格斯大學的工程學教授特洛伊·辛布洛注意到了比安基尼的論文，并產生了興趣，隨后他召集學生，重復了比安基尼的實驗，然后有了新的發現。

在實驗中，如果發生了逆流污染，液體一般可以向上攀升1厘米的高度，最高甚至高達2厘米。另外，無論冷水還是開水，都可以產生逆流污染，而且哪怕上方流水處的敞口寬達幾米，液體依然能向上攀爬。

逆流污染現象的發現可是非常重要的。盡管逆流污染對我們的日常生活影響不大，但是在化學領域，例如在配溶液或配藥過程中，試管里的溶液或藥劑會跑進滴管當中，反過來污染滴管里的液體，或給滴管造成損害。

那么，液體為什么能倒流呢？這背后的原理是馬倫哥尼效應。

馬倫哥尼效應

兩種液體相接觸時，表面張力強的液體會將表面張力弱的液體拉過來，因此會出現表面張力弱的液體向強的方面滲透。這種現象最早是由意大利物理學家卡羅·馬倫哥尼首先在1865年的論文中研究發表的，所以叫做馬倫哥尼效應。

但是逆流污染的液體并沒有相互接觸，科學家又是怎么確定逆流污染現象是由馬倫哥尼效應導致的？辛布洛教授對此進行了實驗。他往上游的水里加入能夠減少表面張力的苯扎氯銨活性劑，在他這么干之后，水就不會倒流了。因此，他確認逆流污染現象是由馬倫哥尼效應引起的。

馬黛茶

茶葉逆流而上

現在，讓我們回過頭來，看看茶葉和粉筆末究竟是怎么向上攀的。在茶葉和粉筆末逆流的實驗中，下方的水由于加入茶葉或粉筆末，導致表面水分子的內聚力被破壞，從而使得表面張力降低。加入茶葉的水的表面張力下降了三分之一，而加入粉筆末的則下降了二分之一。這種由與上方的水的表面張力差所產生的馬倫哥尼效應，加上較為接近的傾倒距離，水就逆流而上了。

馬倫哥尼效應造成各種神奇現象

在日常生活中，不用像比安基尼那樣倒水，我們也可以觀察到馬倫哥尼效應。有的人或許遇到過水躲開薄荷牙膏的現象，而造成這種現象的原因就是馬倫哥尼效應。薄荷牙膏里含有薄荷醇，薄荷醇的表面張力系數為29.7，遠低于水的72.75。當薄荷醇與周圍較近的水相溶后，會極大地降低這部分水的表面張力，但是，更遠的水的表面張力卻沒太大變化。根據馬倫哥尼效應，混有薄荷醇的水被較遠的水給拉過去了，從而造成水躲開薄荷牙膏的現象。

此外，馬倫哥尼效應還會造成“葡萄酒之淚”的現象。這是一種在酒面上方的一小段距離，似乎憑空形成下落水滴的現象。葡萄酒之淚出現的原因是酒精的表面張力較低，且揮發性很高。葡萄酒表面的酒精揮發，在酒杯壁上留下了表面張力較大的水，但下方酒水的表面張力較小，于是就有肉眼難以看見的蒸氣小水滴源源不斷被向上吸。等杯壁上的水積累到一定程度，就形成水滴往下落，于是乎，葡萄酒之淚形成了。

在實驗室里，還有更為神奇的反直覺現象：馬倫哥尼效應可以使水滴怎么都溶不進水液里。如果上方的水滴被加熱，或者下方的水液被冷卻，從而使水滴和水液形成較大溫差的話，那么水滴即使被壓到水平面以下，也不會跟水液融合。

馬倫哥尼效應如何使水滴死活不肯溶進水液里的？液體的表面張力不僅跟液體本身的物理性質有關，還跟它的溫度有關，溫度越高，表面張力越低。在實驗室里，研究人員加熱了上方的水滴，但是由于水滴表面的溫度較低，于是形成了一股向外（方向向下）的馬倫哥尼效應流。當水滴來到水液表面，水滴里的熱會先傳導出來，加熱水液表面，水液表面也會產生一股向外（但方向向上）的馬倫哥尼效應流。兩股方向相反的馬倫哥尼效應流相互抵消，因此，水滴一直溶不進水液里。

綜上所述，我們有時候在日常生活中聽到的，或看到的一些反直覺現象，也許是真的存在的，而其背后往往蘊含著某些早已被發現的科學原理。

加熱水滴的裝置圖解1、銅臺2、珀耳帖元件3、平臺4、銅管5、加熱裝置6、水滴7、水液