沥青滴落:这漫长的实验究竟碰到过多少倒霉事儿?

摘要: 历史上最漫长而且还在继续的科学实验——沥青滴落实验,你不一定知道它背后藏着多少故事(以及事故……)

11-03 06:58 首页 中科院物理所


你或许已经听说过那个历史上最漫长而且还在继续的科学实验——沥青滴落实验。不过,你不一定知道它背后藏着多少故事(以及事故……)。


其实在历史上,沥青滴落实验一直都进行得不怎么顺利,头一个版本就出师不利,最经典的版本从1930年盯到现在都没有留下一个完美的滴落画面……今天就来集中八卦一下沥青滴落实验背后的故事。


基础知识:

沥青滴落实验是干啥的?



简单说,这个实验就是看着沥青滴落(废话)。它展现了沥青的特别性质:它常温下看起来像固体还能被锤子敲碎,但如果给它足够长的时间,却又会发现它能流动起来。沥青的粘度实在太高了,实验估计的数值是水的百亿倍到千亿倍之多,得放足够长的时间才能看出来,所以就有了这个又慢又长的演示实验。


以最著名的昆士兰大学版为例,沥青滴落实验是这样做的:首先加热沥青,这样它虽然还是很粘稠但至少还容易流动了,然后把它倒进下口封住的一个漏斗。接下来,等上三年让沥青完全平稳下来,然后打开下口的密封,接下来就交给时间了……

昆士兰大学版的实验装置,外面有玻璃罩保护,图片来源:wiki


沥青多久会掉一滴?这个根据具体条件会有差异,不同的沥青样品粘度也存在差异(毕竟是混合物,成分复杂)。还是以昆士兰版为例,两滴的间隔时间在八年到十几年不等,可以粗略地认为是十年等一回。近年来他们那儿沥青的滴落速度比原来慢了,这可能是因为过去的实验没控制环境温度,但现在控制在了比较凉快的环境中。


对这个实验已经有一些基本概念了吗?下面我们就进入故事环节。


明明是我先



说到沥青滴落实验,人们一定会首先想起昆士兰大学的版本。1927年时,Thomas Parnell教授开始了这个版本的实验准备(正式开始是三年后),他是昆士兰大学的第一位物理学教授。而后,这个实验装置由二代目管理人John Mainstone教授接管。Mainstone教授去世后,现在管理人已经传到了第三代,可以说是历史悠久了。


但事实上,这个实验还有更早的版本。2013年的时候,人们在威尔士的亚伯大学(Aberystwyth University)发现了一个1914年的沥青滴落装置。这个元祖版本的实验毫无名气,而且就算不被人遗忘大概也出不了名——因为这个版本的沥青粘度实在是太大,结果这么多年一滴都没有滴下来_(:з)∠)_据估算如果要看这个版本滴落需要再等上1300年……


错过,错过,妈蛋又错过了……



昆士兰版的沥青滴落实验并不是第一个开始的,不过它无疑是最有名的一个,而且有搞笑诺奖和吉尼斯世界纪录的加持。不过这个经典版本的实验也充满了一次又一次的遗憾。


这个版本目前掉了九滴沥青,但是前八滴真正落下的瞬间全?都?没?人?看?见,而且也没有被记录下来……在这个过程中,最难过的恐怕就是实验的二代目管理人John Mainstone教授了。他对这个实验非常上心,一直在努力地宣传,可以说这实验如今名气这么大主要都是他的功劳,但他直到去世都没能亲眼见证沥青滴落的瞬间。


二代目管理人John Mainstone教授,也是本实验的最佳代言人,十分可爱的老爷爷。图片来源:JOHN MOTTERN / AFP


2000年的时候,他们的第8滴沥青落了下来,Mainstone教授本来是架起了摄像头准备记录的,但结果紧要关头摄像头突然故障,正好错过了……之后,二代目老教授一怒之下装了仨摄像头。


让你丫再坏!右边就是那三个摄像头。


第九滴沥青让他们等了格外长的时间,一直等到了2014年。然而,就在2013年的7月,另外一个版本的实验(都柏林圣三一大学版,开始于1944年)就率先拍下了沥青滴落的画面_(:з)∠)_


都柏林圣三一大学拍下的滴落画面,延时摄影。


而更遗憾的是,Mainstone教授在2013年8月就不幸去世,没能赶上来年的第9滴沥青。


这事儿想想真是很伤心,最期待的人却和激动人心的时刻永远地错过了……


我们换个烧杯吧——我x怎么断了!



而且,昆士兰版的第九滴沥青本身其实也遇到了麻烦:烧杯里已经积了不少沥青,而且漏斗也没有架得很高,所以它其实已经没有自由下落的空间了。在能够自由下落之前,它就会直接“坐”到烧杯里的沥青上面,这画面就没有滴落那么美了……

 

这就是下落空间不足的第九滴,截图来自:ThePitchDrop


Mainstone教授之前其实就在纠结这个问题:是把玻璃罩打开重新调整,还是保持原来的样子?二代目老教授选择了暂时不去动它。

 

2014年4月12日的时候,第九滴沥青触碰到了烧杯里的第八滴,但是它还挂在漏斗上没有掉下来,实验陷入了有点尴尬的境地。三代目管理人觉得,是时候换个烧杯了。

 

不过,就在这时候,事故又发生了……2014年4月24日的时候,White教授决定打开玻璃罩更换烧杯。但是,White教授没想到的是(其他活着的人也都不知道),在玻璃罩和木质底座之间其实有一个密封条,而且年深日久已经老化了。White教授以为自己只会把玻璃罩的部分拎起来,结果因为密封的存在,整个装置连底座都被拎起来了一点,然后下半部分又摔了下去……

 

是的,这么一折腾,挂在上面摇摇欲坠的第九滴沥青,就这样直接断掉了_(:з)∠)_感觉二代目老教授简直要气得当场活过来(不)。


三代目管理人,对就是他弄断的。图片来源:University of Queensland

 

好在现在第十滴终于是把各种障碍都扫清了……让我们期待十年后再相会吧_(:з)∠)_


等十年太烦了,我要加速



“缓慢”可以说是沥青滴落实验的卖点,但太慢了毕竟让人没有耐心,所以也有研究者做了快速版的实验。这一次使用了低粘度的沥青,粘度大约只有昆士兰版的1/30。


这个新版本来自伦敦玛丽王后大学,他们还为它发了篇论文。虽然看起来像是作弊,不过人家倒是也理由充分:这个实验是想展示给学生看的,要是按照之前版本的流动速度,学生连半滴都看不完就毕业了啊!你这不坑爹么(╯‵□′)╯︵┻━┻


因此,他们的目标是在一学年的时间之内观察到足够明显的流动现象,这样每一年上课的新学生都可以亲自观察并且进行粘度测算。


这个就是快速版的实验装置。图片来自:Queen Mary, University of London。再对比一下1914年元祖版的遭遇,就可以看出选个粘度合适的条件真的很重要……


番外篇:融化的城市



关于沥青滴落实验本身的故事就讲到这里了,最后还想带大家欣赏一个有趣的衍生创意:滴落的沥青城市。


这是艺术家Julie Mecoli的作品,装置与经典的沥青滴落实验很类似,只不过这一次漏斗中的沥青被做成了城市标志建筑的样子(上图是伦敦)。这个系列作品被命名为“暗物质”(Dark Matter)。就像沥青一样,我们的城市也在悄然改变。


更多了解这系列作品可以看这里:https://blogs.kent.ac.uk/juliemecoli/


信源:

https://en.wikipedia.org/wiki/Pitch_drop_experiment

http://smp.uq.edu.au/content/pitch-drop-experiment%20 

https://www.newscientist.com/article/dn25823-longest-running-experiment-gets-a-fast-forward/

http://theconversation.com/explainer-the-pitch-drop-experiment-33734


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来源:酷炫科学

编辑:loulou



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