为什么苹果“坏一个,烂一筐”?
“一个苹果烂, 一整筐苹果坏”是一句西方谚语,常用来比喻个别的问题会影响到全局。其实,这个说法并不仅仅是一个比喻,其中也蕴藏着科学的道理。
尚未成熟的水果是“青涩”的,往往硬而不甜。“青”源自其中的叶绿素,“涩”来自其中的单宁,“硬”主要是果胶的贡献,而“不甜”则是因为淀粉还没有转化成糖。等到果实快要成熟的时候,植物体内会产生一种叫作乙烯的气体。它就像一种“信号”,只要它一出现,水果中的各个部分就像听到了“进攻”的号角,开始行动。一些酶开始分解叶绿素,甚至产生新的色素,于是绿色消失,红、黄等颜色出现,宣告果实逐渐成熟;一些酶开始分解水果中的酸性物质,使水果变得不再那么酸;淀粉酶把淀粉水解成糖,水果变甜了;果胶酶开始对一些果胶进行分解,水果渐渐变软了;还有一些酶把水果中的有机化合物分解成有特定香味的挥发性气体,于是不同的水果就有了不同的诱人香味……
不仅仅是水果自身产生的乙烯分子会启动“成熟机制”,来自外界的乙烯分子也具有同样的作用。如果一个水果坏掉了,它分泌的乙烯量就会大大增加,它周围的水果受到这些乙烯分子的影响,也纷纷启动“成熟机制”,产生更多的乙烯分子。这些乙烯会促发更多水果的“成熟机制”。
水果店里的许多水果都被纸或者泡沫袋包着,这不仅仅是为了好看。就像人体受到外界刺激会产生防御反应,水果“受伤”了也会有所反应,分泌乙烯就是其中的一种。在运输过程中,成箱成筐的水果们难免相互磕磕碰碰,虽然只是“小伤”,但也足以使它们产生更多的乙烯分子加速成熟和腐烂。就像传染病一样,一个染病了,周围的也都难以幸免。为了避免“坏一个,烂一筐”,人们就将它们包起来以减少受伤和相互影响的概率。
其实,早在中国古代,人们如果采下青涩的梨,会放在密闭的房间里对它们“熏香”。香是用一些植物原料做成的,“熏香”的时候燃烧不完全,产生的烟气中就含有一些乙烯成分。通过这种“催熟”方式,青涩的梨很快就能变得又甜又香了。古代埃及,在无花果结果之后的某一段时间,人们会在果树上划出一些口子。这样做可以让无花果的果实结得更大,成熟更快,其原理是划伤果树会促进乙烯分子的释放。现代科学实验证实,在无花果结果之后的16~22天,如果对果树进行划伤处理,1小时之内乙烯产生的速度会增加50倍。在接下来的三天内,果实的直径和重量会分别增加2倍和3倍。在中国农村,核桃结果之后人们也经常在树上砍出伤痕,亦是同样的道理。
2 为什么照相机镜头看起来有颜色?
高级照相机的镜头看起来大都呈现蓝紫色,你知道这是为什么吗?其实,这是因为在镜头前涂了一层厚度大约为100纳米的氟化镁薄膜。
要想知道镜头表面这层薄膜的作用,就得从光照射在镜头上发生反射和折射说起。从能量的角度来看,对于任何镜头,光的能量并不能全部透过界面,总有一部分会从界面上反射回来。无论光从空气入射玻璃,还是从玻璃入射空气,反射光能都只占到入射光能的4%左右。为了取得更好的摄影效果,照相机内部还常常采用多个透镜。这样计算下来,光能损失将达到50%,甚至更多。有些由20个透镜组成的复杂光学系统,光能的损失竟能达到90%以上!这些反射光成为有害的背景杂光,严重影响到照相机的成像质量。
那么,有什么办法能减少光在镜头表面的反射呢?方法就是在镜头上镀一层特定厚度的氟化镁薄膜。这层薄膜的存在,是为了让反射光发生相消干涉,这样就可以降低镜头表面的反射率,减少光能损失。通常把这层薄膜称为“增透膜”。事实上,采用这样的单层增透膜,光反射率可以降低到1.2%左右。
我们都知道,太阳光中包含了许多不同的颜色,镜头上的增透膜不可能使它们全都发生相消干涉,只能使个别波长的反射光光强降到极小而已,对于其他波长相近的反射光仅能在一定程度上减弱。比如照相机镜头的增透膜,一般选择对人眼最敏感的黄绿色光进行相消干涉,使其反射光强减弱,所以照相机镜头呈现出与黄绿色光互补的蓝紫色。
实际应用中,有时也会提出完全相反的需要,比如尽量降低光的透射率,提高光的反射率。这样的薄膜称为“高反膜”。如果仅有一层薄膜不能将反射率提高太多,还可以采用多层膜,光强反射率最高可达99%以上。
3 为什么水越搅越容易搅,而面糊却越搅越难搅?
生活中我们也许会碰到这样的情况,如果有一碗水,拿筷子按某个方向不停地快速搅动的时候,会感觉比较容易搅动,而且碗中的水会同时呈现出中心下凹的旋涡。但是,假如我们向这碗清水中加入面粉之后结果反而不一样了。这个时候我们再搅拌的话会发现越搅越难搅,而且面糊出现了沿着筷子向上爬的现象。为什么会出现这种反差的现象呢?
事实上,在软凝聚态物理学对流体的分类中,水和面糊是分属两种不同性质的流体,即牛顿流体和非牛顿流体。水、酒精、空气等自然界中很多常见的流体都被称为“牛顿流体”。对于大多数低分子流体(分子量较小)来说,由于其各向同性的特点使得黏滞系数基本保持固定,这类便是牛顿流体。而非牛顿流体的黏滞系数是随着剪切速率而变化的,剪切速率越高,黏滞性就越强。也就是说,如果想要快速搅动这类流体的话,就得花更大的力气,而且,速度越快越感觉费劲。这类非牛顿流体包括很多高分子(分子量很大)的溶液、悬浮液等。面糊是由面粉加入水产生的,而面粉是天然的高分子化合物,所以面糊是一种非牛顿流体。因此,我们在搅动面糊的时候,搅动得越快,面糊的黏滞性也就增加得越快,结果也就自然地越搅越难搅了。
至此,可以更加具体地回答上述问题了。对于水来说,当我们对其不停地用筷子搅动时,水分子由于离心力的作用而向外围扩散,所以中心部位的水会比较少,看起来如同下凹的旋涡,这也就导致了越搅越容易搅。但是,对于面糊来说,面粉高分子在搅动中形成了各向异性的结构,高分子链会被拉伸并缠绕在筷子上,受到的剪切力越大其拉伸程度越高,而高分子链自身会产生更强的恢复弹性。这样就使得这些面粉高分子向中心处挤,从而形成了“爬杆现象”(也叫魏森贝格效应),这也就导致了越搅越难搅。
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整理:公子欣
本栏目内容转载自《十万个为什么》(第六版)
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