貓究竟是固態(tài)還是液態(tài)

胡曉鳴

美國東部時間2017年9月14日晚6點，2017年度“搞笑諾貝爾獎”在哈佛大學桑德斯劇院出爐，今年的獲獎項目還是一如既往地讓人忍俊不禁。

如果您家有寵物，又恰好是一只貓，那么，您可以重點關注一下今年的“搞笑諾貝爾物理學獎”。因為今年這個獎項頒給了法國研究人員馬克·安托萬，他的研究項目是用流變學來研究貓究竟是固態(tài)的還是液態(tài)的。

我們知道，固體是物質維持形狀和體積的一種狀態(tài)；液體是物質保持體積并適應環(huán)境形狀的一種狀態(tài)。而貓，卻可以隨意伸縮和改變身體的狀態(tài)，例如，把自己塞進一個比自身小很多的器皿內。這樣看起來，貓似乎也符合液體的理論設定。

之前，也有很多網友針對這個有趣的問題展開了激烈的討論，但這樣正兒八經地通過流變學以及數學公式來論證這一理論，并以論文的形式呈現出來的，馬克還是第一個。馬克認為，貓可以同時以液體和固體兩種形式存在。為此，他逐一測算了貓在各種環(huán)境下的底波拉數。

底波拉數（De），是流變學中的一個無量綱量，用來描述材料在特定條件下的流動性，定義為弛豫時間及觀測時間尺度的比值。當De<1時，材料表現出似流體的力學響應（可以理解為是液體）；當De>1，材料表現出似固體的力學響應（可以理解為是固體）。經測算，馬克發(fā)現，貓的De相當接近于1，在較短的時間范圍內，貓的De大于1，所以我們覺得貓是固態(tài)的。

可是，只要貓在杯子、盆子之類的容器里睡著了，時間一長，再進行測量，那么De就小于1了。沒錯，從科學定義上來看，呼呼大睡的貓是液體無誤。

而且，馬克還發(fā)現，幼年貓的De數比成年貓更低，也就是說，小貓比老貓更接近于液體。 貓可以拉伸自己，也可以壓縮自己來適應周圍的空間。在短時間尺度上，一只站立、跳躍的貓，會被認為是一只固態(tài)貓。對于長時間尺度，當你發(fā)現一只貓占據了一個酒杯、玻璃器皿時，就可以認為這只貓是液態(tài)了。而且，由于貓自身存在運動，不會像其他流體（如水）一樣表現出被動性，所以貓的流變性體現出了一種不穩(wěn)定性，可能它在你懷里的時候是液態(tài)的，而從你懷里走開的時候又立即變成了固態(tài)。

總而言之，貓被證明是線性和非線性制度中，流變學研究的豐富模型系統(tǒng)。正如赫拉克利特的觀點“萬物皆流，無物常住”被視為流變學的座右銘一樣，“萬貓皆流，無貓常住”也是貓的座右銘。馬克認為，貓極有可能為流變學研究提供更豐富的模型。endprint