俗話(hua)說(shuo)，水往低處流。可是14年前，有人發現了水可以逆流而(er)上。不(bu)信(xin)，大家看這里(li)——

紫色的顆粒沿(yan)著水(shui)流向上爬升

看到木(mu)有，水面(mian)的粉末(mo)隨著逆行的水流回到了(le)上方的容器里。可以，這(zhe)很信條。

所以，這(zhe)水是看了諾蘭新片了嗎(ma)？倒(dao)不(bu)是，這(zhe)個現(xian)象(xiang)是在2008年金(jin)融危(wei)機爆炸那年被一個叫做S.Bianchini的物(wu)理(li)系少(shao)年發現(xian)的，距今已有(you)14年。

阿根廷的傳統馬黛茶

當時，來自(zi)阿根(gen)廷(ting)的Bianchini正在泡阿根(gen)廷(ting)的傳統馬黛茶，馬黛茶是(shi)用巴拉(la)圭冬(dong)青葉(xie)子制作的，茶葉(xie)是(shi)粉末狀的。當他倒(dao)(dao)水的時候，猛地發現茶葉(xie)竟然(ran)倒(dao)(dao)行逆施(shi)，自(zi)動飄到了(le)茶壺(hu)里。

倒(dao)水時，如果壺(hu)嘴和下(xia)方液面距離很(hen)近，茶葉就會逆流而上，來到水壺(hu)里。

Bianchini的導師也沒見過這(zhe)種操作(zuo)，于是后來Bianchini同學用這(zhe)個做了(le)畢(bi)業論文，然后順利畢(bi)業了(le)。

在(zai)論文中，他用馬黛茶葉(xie)還有(you)粉筆末在(zai)實驗條(tiao)件(jian)下重復了上述現(xian)象。Bianchini認為，這個現(xian)象并(bing)不(bu)是咱們在(zai)生活中常見的(de)毛細現(xian)象導致的(de)，而是由于馬拉高尼效應。

馬拉(la)高(gao)(gao)尼效應(ying)咱們以前也(ye)講過，表面張力不同的(de)液體之間形成水流。咱們平時看到的(de)酒杯掛壁，還有風(feng)油精小船都是馬拉(la)高(gao)(gao)尼效應(ying)導(dao)致的(de)。

馬拉高(gao)尼效應還可以用來讓液(ye)滴自動解迷(mi)宮(gong)，超有趣的(de)，回顧點這里。

Bianchini通過(guo)實(shi)驗發現，馬(ma)黛茶還有粉筆(bi)末可以(yi)減少下方(fang)(fang)(fang)液體的表(biao)(biao)面(mian)張力(li)，因此上游(you)的水表(biao)(biao)面(mian)張力(li)大，下游(you)的水表(biao)(biao)面(mian)張力(li)小(xiao)。而表(biao)(biao)面(mian)張力(li)大的地(di)方(fang)(fang)(fang)可以(yi)把表(biao)(biao)面(mian)張力(li)小(xiao)的地(di)方(fang)(fang)(fang)的液體吸過(guo)去，形成馬(ma)拉高尼(ni)流，所(suo)以(yi)水才可以(yi)倒流。

這個(ge)反直覺的(de)物理現(xian)象說(shuo)明，上游的(de)水(shui)不一(yi)定比下游的(de)干凈，因(yin)為下游可以反過(guo)來污(wu)染(ran)上游。因(yin)此(ci)后來這個(ge)現(xian)象就被(bei)取(qu)名為逆流污(wu)染(ran)（upstream contamination）。

過了幾年，羅(luo)格斯大學(xue)的(de)工程學(xue)教授Troy Shinbrot對這(zhe)個(ge)現(xian)象產(chan)生了興(xing)趣，于是找了個(ge)學(xue)生和(he)Bianchini用更復雜的(de)實驗再次驗證了一(yi)番，并把結果發表在了2013年的(de)Proceedings of the Royal Society A上。

Shinbrot他們用馬黛茶葉還有粉筆末發(fa)現，逆流(liu)污染(ran)現象確實(shi)存在(zai)，液體可以向上攀升1厘(li)米(mi)的高度(du)。哪怕上方滴水處寬度(du)達到幾(ji)米(mi)，這(zhe)個(ge)現象依舊存在(zai)，冷水和(he)滾水同(tong)樣會出(chu)現逆流(liu)污染(ran)。

逆流污染

Shinbrot他們(men)也再次驗證了(le)(le)表(biao)面張力(li)在(zai)逆流污染(ran)中的(de)作用。經(jing)過測量，他們(men)發現(xian)加(jia)了(le)(le)粉筆末(mo)以(yi)后，水(shui)的(de)表(biao)面張力(li)減小至(zhi)原來(lai)的(de)一(yi)半(ban)，加(jia)了(le)(le)茶葉(xie)以(yi)后減小至(zhi)原來(lai)的(de)1/3。

經過計算，加入粉筆末后，減少的表面張力(li)可(ke)以給(gei)漂浮在水上的粉末提供20倍的重力(li)加速度，推動它(ta)逆流而(er)上。

逆流污染

那么問題來了，如果(guo)這(zhe)個現象真(zhen)的(de)是(shi)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)差導(dao)致的(de)，那么消除(chu)上游(you)和下游(you)的(de)表(biao)(biao)面(mian)張(zhang)力(li)差，水是(shi)不是(shi)就無法倒流了呢？

他們(men)也測試(shi)了一下。他們(men)在上游的(de)水中加入了表(biao)面(mian)活性(xing)劑苯扎氯銨，減(jian)少上游的(de)表(biao)面(mian)張(zhang)力(li)。果(guo)然(ran)，這(zhe)么干了之后水就(jiu)不會倒流了。

實(shi)際上(shang)，2002年麻省理工學院（MIT）的應用數學教授John W M Bush和同事也發(fa)現，如果在下(xia)方(fang)水(shui)池里加(jia)入(ru)表面活(huo)性劑，那么(me)下(xia)方(fang)的水(shui)能夠(gou)沿著瀑(pu)布倒流，逆行的高度(du)最高可達(da)到2厘米。

了解了這個現象(xiang)后，相信各位(wei)弟弟都不敢在(zai)小便池里(li)近距離滋尿了。

當然對于要(yao)做實驗(yan)的(de)(de)研究(jiu)者(zhe)還有制藥企業來說，這個現象還是很(hen)煩人的(de)(de)，這意味著用滴(di)管的(de)(de)時候，下面的(de)(de)物質(zhi)可能反過(guo)來污染滴(di)管里的(de)(de)液(ye)體。

你以為馬拉高(gao)尼效應可(ke)以讓水流逆(ni)行已(yi)經(jing)很秀了(le)么(me)？在(zai)1992年(nian)，科學家們還注意到馬拉高(gao)尼效應的另一個反常識(shi)的神奇技能(neng)。

咱們知道(dao)，水(shui)滴落到(dao)杯子里，會和(he)杯子里的水(shui)融(rong)合在(zai)一起，這在(zai)物理學上叫做(zuo)合并（coalesce）。

我(wo)們之前介紹(shao)過，通過振動液(ye)面，可以讓液(ye)滴長時間不合并（點我(wo)看）。

那(nei)年(nian)，國際航(hang)天任務Spacelab mission D2的(de)宇航(hang)員以(yi)及意大利那(nei)不(bu)勒斯大學的(de)物理學家(jia)Rodolfo Monti在Onset實驗中(zhong)觀察到讓兩個液滴不(bu)融合的(de)方法，那(nei)就是制造巨(ju)大的(de)溫差。

這(zhe)個神奇的(de)現象引起了不少物(wu)理學家的(de)興趣(qu)，他們認為(wei)，這(zhe)就(jiu)是馬拉高尼效應作怪。

原來，除了上面講(jiang)到(dao)的(de)表(biao)面張力差(cha)（表(biao)面張力梯度），溫差(cha)（溫度梯度）也可(ke)以促成馬拉(la)高尼效應，因為(wei)溫度越高，表(biao)面張力越小。

Monti后來和同事(shi)們做了這(zhe)樣(yang)一種裝置，上面的儀(yi)器懸掛(gua)著(zhu)一滴液體(ti)，下(xia)面是同樣(yang)液體(ti)形成的水(shui)平液面。

 他們發現(xian)，如果溫(wen)差很(hen)大，那(nei)么上面(mian)這滴液體死活(huo)不會和(he)下面(mian)的(de)液面(mian)融合。

更有趣的(de)是，只要(yao)維(wei)持這(zhe)樣(yang)的(de)溫(wen)差，哪怕強行把液滴按到下(xia)面(mian)的(de)液面(mian)以下(xia)，它也不愿(yuan)意融合，把自己(ji)活活扭成了氣球。

 但是(shi)，如果兩個液體的溫度完全一致(zhi)，它們在幾毫秒內就(jiu)會(hui)融合。

那么，馬拉高尼流是(shi)如何阻止液滴合(he)并的呢？

這是因(yin)為(wei)上(shang)下液(ye)體(ti)之(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)存在(zai)溫差，因(yin)此上(shang)面(mian)的(de)液(ye)滴和下面(mian)的(de)液(ye)面(mian)中都存在(zai)馬(ma)(ma)拉高尼流(liu)。而(er)這兩股對沖的(de)馬(ma)(ma)拉高尼流(liu)攪動周圍氣體(ti)，使液(ye)體(ti)之(zhi)(zhi)(zhi)間(jian)存在(zai)一(yi)層輕薄無(wu)感的(de)氣體(ti)，正是這層氣體(ti)阻止(zhi)了上(shang)下液(ye)體(ti)的(de)合并。這個過程(cheng)簡而(er)言之(zhi)(zhi)(zhi)就是“冷朝熱(re)風”。

換(huan)成兩(liang)滴(di)(di)液滴(di)(di)也是一樣，兩(liang)滴(di)(di)溫差(cha)很(hen)大的硅油無(wu)法(fa)合并——

這個現象在(zai)焊接和(he)制(zhi)造合金(jin)(jin)時有很大的(de)應用，因為在(zai)高溫(wen)(wen)下熔化的(de)金(jin)(jin)屬也(ye)會遇到類似的(de)問題。當然，在(zai)冬天冰冷的(de)廁(ce)所里(li)，大家也(ye)能看到帶著余溫(wen)(wen)的(de)廢液在(zai)尿池中最(zui)后的(de)倔(jue)強(qiang)。

懂了，高(gao)拉(la)(la)自來水來自馬拉(la)(la)高(gao)。