廚房里的天文學(xué)

小小的廚房里藏著很多宇宙奧秘。

如果我說(shuō)，從廚房里可以學(xué)到天文學(xué)知識(shí)，你或許會(huì)覺(jué)得不可思議。廚房是平凡、接地氣的場(chǎng)所，宇宙是深邃、神秘的遙遠(yuǎn)空間，二者看起來(lái)好像毫無(wú)關(guān)聯(lián)。但事實(shí)上，廚房里的不少生活現(xiàn)象都和天文學(xué)現(xiàn)象共享同樣的原理。從一個(gè)個(gè)小小的食材、小小的儀器中，我們就能窺見(jiàn)宇宙的秘密。

烤面包和宇宙的起源

對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，宇宙的起源問(wèn)題一直是個(gè)大秘密。你一定聽(tīng)過(guò)“宇宙大爆炸”這個(gè)詞，它是由比利時(shí)宇宙學(xué)家喬治·愛(ài)德華·勒梅特提出的理論，是目前公認(rèn)的最可靠的宇宙起源說(shuō)，指出宇宙是膨脹的。

你想象中的爆炸應(yīng)該是電視里演的那樣，“轟”的一聲，宇宙中的各種物質(zhì)像手榴彈的碎片一樣從中心點(diǎn)迸裂，散射到各個(gè)地方，形成了各個(gè)天體。但事實(shí)上，宇宙大爆炸的過(guò)程完全不是這樣的。讓我們用烹飪愛(ài)好者最喜歡的甜蜜烘焙來(lái)解釋一下大爆炸的經(jīng)過(guò)。

假如你要烘焙一個(gè)美味的葡萄干面包，首先要在一個(gè)揉好的面團(tuán)上點(diǎn)綴一些葡萄干。此時(shí)，黑紫色的葡萄干代表宇宙中的物質(zhì)，面團(tuán)代表宇宙的空間。當(dāng)你把它們放進(jìn)烤箱，在一旁觀(guān)察等待的時(shí)候，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，隨著烘烤的進(jìn)行，面團(tuán)會(huì)不斷地膨脹，而葡萄干之間的距離也隨之拉開(kāi)，變得越來(lái)越遠(yuǎn)，但它們的整體分布依舊是均勻的。

這個(gè)烤面包的膨脹過(guò)程其實(shí)就類(lèi)似于宇宙大爆炸的過(guò)程。在最初的時(shí)候，宇宙是一個(gè)極小的空間，所有的物質(zhì)都聚集在里面，就像未被烘烤過(guò)的面團(tuán)和葡萄干一樣。然后，宇宙開(kāi)始從這個(gè)小空間不斷地膨脹，于是各個(gè)天體之間的距離越來(lái)越遠(yuǎn)，就像烘烤過(guò)程中的葡萄干一樣。這樣的過(guò)程經(jīng)歷了大約137.8億年，才形成今天的宇宙。

現(xiàn)在，你應(yīng)該已經(jīng)理解了宇宙大爆炸的過(guò)程。和所有的物理爆炸與化學(xué)爆炸都不一樣，宇宙大爆炸指的是宇宙從一個(gè)極小的空間開(kāi)始，在極短的時(shí)間內(nèi)極速膨脹的過(guò)程。所以，用廚房中一個(gè)常見(jiàn)的烘焙方法就可以解釋深?yuàn)W的宇宙起源理論，是不是很有趣呢？

雞蛋和星球旋轉(zhuǎn)的秘密

雞蛋是廚房里常見(jiàn)的食材之一，它可以出現(xiàn)在大部分的菜肴里。但你有沒(méi)有遇到過(guò)一個(gè)困擾：如何分辨生雞蛋和熟雞蛋？最簡(jiǎn)單的辦法當(dāng)然是剝開(kāi)看看，但是這樣會(huì)破壞外殼。有一個(gè)好辦法就是把雞蛋放在光滑的平面上旋轉(zhuǎn)，幾秒鐘后用手指輕觸蛋殼，如果它立刻停下來(lái)就說(shuō)明是熟雞蛋，如果它還會(huì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)幾秒，那就是生雞蛋。

為什么可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)來(lái)區(qū)分生雞蛋和熟雞蛋呢？這背后有一條物理學(xué)定律——角動(dòng)量守恒定律。角動(dòng)量是物理學(xué)中用來(lái)描述一個(gè)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)量。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，角動(dòng)量守恒定律就是，物體總是傾向于保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，除非對(duì)它施加外力。當(dāng)我們轉(zhuǎn)動(dòng)雞蛋時(shí)，雞蛋因旋轉(zhuǎn)而有了角動(dòng)量，用手指觸碰雞蛋，就是用外力改變雞蛋的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。熟雞蛋里的蛋液已經(jīng)凝固了，手指的外力讓它停下來(lái)時(shí)，整個(gè)雞蛋就會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而生雞蛋里面還有可以自由晃動(dòng)的蛋液，當(dāng)手指讓蛋殼停下來(lái)時(shí)，外力沒(méi)有完全作用到里面的蛋液，因此蛋液仍然維持一些角動(dòng)量，就會(huì)帶動(dòng)著雞蛋繼續(xù)旋轉(zhuǎn)一會(huì)兒。

角動(dòng)量守恒定律不僅適用于雞蛋，還適用于遙遠(yuǎn)而神秘的星球。你有沒(méi)有思考過(guò)一個(gè)問(wèn)題：為什么宇宙中的星球都在不停地旋轉(zhuǎn)呢？比如，恒星、行星都在不停地旋轉(zhuǎn)。其中一個(gè)主要原因就是角動(dòng)量守恒。而這個(gè)角動(dòng)量來(lái)自地球形成初期的動(dòng)量。46億年前形成地球的原始太陽(yáng)系星云一邊旋轉(zhuǎn)一邊聚集收縮，當(dāng)?shù)厍蛐纬蓵r(shí)，自然就“分享”了一部分它的角動(dòng)量，因此地球開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。到目前為止，還沒(méi)有出現(xiàn)足夠強(qiáng)的外力作用使得它停止轉(zhuǎn)動(dòng)，所以地球不僅在幾十億年里不停地旋轉(zhuǎn)，之后還會(huì)繼續(xù)保持自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。

沒(méi)想到吧，通過(guò)一枚廚房里常見(jiàn)的雞蛋，你可以窺見(jiàn)宇宙天體旋轉(zhuǎn)的秘密。

脫脂牛奶和宇航員的“魔鬼訓(xùn)練”

除了雞蛋，牛奶也是廚房的必備物品。很多健身的人為了降低熱量的攝入，喜歡喝脫脂牛奶。要想把脂肪從牛奶中分離出去，我們需要一個(gè)神奇的東西——離心機(jī)，把牛奶放進(jìn)離心機(jī)中高速旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)大的離心力會(huì)使牛奶受到向外的加速度影響，在短短幾秒鐘內(nèi)就能把普通牛奶分離為脫脂牛奶和奶油。這樣，你就有機(jī)會(huì)喝到一杯脫脂牛奶，同時(shí)享用美味的奶油。

離心技術(shù)在廚房或者說(shuō)在食物界的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，分離果汁和果渣往往也要用到離心式榨汁機(jī)。但是，去太空出差的宇航員也離不開(kāi)離心機(jī)，這是怎么一回事呢？

目前，火箭是人類(lèi)進(jìn)入太空的方式之一。火箭發(fā)射升空的時(shí)候會(huì)向上做加速運(yùn)動(dòng)，在幾百秒內(nèi)把航天器從地面靜止?fàn)顟B(tài)加速到宇宙第一速度。這時(shí)候，宇航員處于超重狀態(tài)，感受到的加速度相當(dāng)于自身四五倍的重量壓在身上，身體會(huì)產(chǎn)生缺氧、視線(xiàn)模糊、呼吸困難等不適癥狀。為了應(yīng)對(duì)這種情況，宇航員都需要經(jīng)歷一項(xiàng)魔鬼訓(xùn)練——離心機(jī)訓(xùn)練，以提高自己的超重耐力。離心機(jī)有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的臂膀，通過(guò)做圓周運(yùn)動(dòng)可以產(chǎn)生向心加速度來(lái)模擬宇航員感受到的加速度。離心機(jī)的轉(zhuǎn)速不同，宇航員感受到的加速度就不同。宇航員通過(guò)這種方式來(lái)慢慢訓(xùn)練，提高耐力。

看來(lái)，小小的廚房里藏著很多宇宙奧秘。從此，你不再會(huì)小瞧這個(gè)充滿(mǎn)煙火氣的地方，因?yàn)橥ㄟ^(guò)它，你也可以聯(lián)想到許多天文學(xué)知識(shí)。

（摘自2024年第8期《知識(shí)窗·上半月》）