在威士忌杯底，你能見到天際和星辰

最新 05-26

小庄

松鼠名片

小庄，人屬智人種，科學松鼠會元老級成員+高分子化學與物理碩士+果殼閱讀出版人+前媒體人+前非著名樂評人。現負責文藝范兒的知識寫作平台十五言社區，微信號www15yancom

在喝酒的人群之中，攝影師歐尼?巴頓（Ernie Button）只不過比他人多看了杯底一眼。這一眼卻成就了他的系列攝影作品：《消逝的烈酒：單一麥芽威士忌幹了之後》（Vanishing Spirits: The Dried Remains of Single Malt Scotch）。

這些彷彿五顏六色奇異星球的照片，其實是威士忌晾乾之後的酒杯底。絢麗的圖案，是由「馬拉格尼效應」（Marangoni Effect）所造成的。

「馬拉格尼效應」是一種流體力學上的現象，由表面張力在液體里引發的。當一種液體的液膜受外界擾動（如溫度、濃度），使得局部變薄時，它會在表面張力梯度的作用下，形成馬拉格尼流，使液體沿最佳路線流回薄液面，進行「修復」。這個現象最早是在1855年，由英國物理學家詹姆斯?湯姆森（James Thomson）發現的——可能你對他不太熟悉，他有個兄弟卻是大名鼎鼎——此人是溫度單位開爾文（Kelvin）命名的由來，熱力學溫標（絕對溫標）的發明者，加爾文男爵一世（1st Baron Kelvin）。

詹姆斯?湯姆森把酒液沿著杯壁下流，同時形成「掛杯」的現象叫做「酒之淚」，而馬拉格尼這個名字，則是來自義大利物理學家卡羅?馬拉格尼（Carlo Marangoni）的姓氏，1865年，他以此為題，寫成了他的博士論文。10年後，維拉德?吉布斯（J. Willard Gibbs）以理論解釋了這一現象，所以它也叫吉布斯-馬拉格尼效應。

巴頓闡述了他發現酒杯底這個「寶藏」的經過：

我著迷於觀察我周遭的事物，我會注意到很多容易被忽視的細節。有一次，我喝完威士忌把酒杯放進洗碗機，從而產生了項目的靈感。我湊近檢視，注意到玻璃杯底部有層薄膜，還有精美的花邊線，做了一些實驗後，我了解到，喝剩下的少許蘇格蘭威士忌，可以在杯底形成各式各樣的圖案。酒精蒸發乾了就會留下不同圖案的沉積物。每一次威士忌幹了之後，都會出現不同的效果，這一點有些像雪花（雪花也是每片的圖案都不一樣）。我還用了不同顏色的燈來照亮玻璃底，營造出景觀、地表或外星的幻覺。一些圖像參照了天空，就好像從太空里，哈勃望遠鏡拍出來的效果。

拍美照拍得不亦樂乎的巴頓，決定去找科學家，徹底搞明白，酒杯底為何會形成如此美妙的圖案？他找到了普林斯頓大學機械和航天工程系的霍華德?斯東（Howard Stone）教授，教授領導的課題組，用視頻顯微鏡觀察水和酒精的混合液，，檢驗了形成「馬拉格尼效應」現象的各個條件。當酒中的乙醇開始揮發，酒液表面的乙醇分子濃度就會下降，並形成一個濃度梯度，從而也形成一個表面張力梯度，在「馬拉格尼效應」的作用下形成環狀接觸線，然後帶著一些微粒沉積下來，就成了環形的圖案花紋。

對科學家「拔刀相助」的努力，巴頓表達了感謝：

看似透明的液體消失後，卻留下清晰而有規律的花紋，在我看來，這個現象實在是太美妙了，斯東教授和他的課題組熱情地解答了我的問題，還樂於幫助我理解這個現象。

2014年11月，在第67屆美國物理學會流體動力學分會的年會上，斯東的小組做了一個報告，介紹這一奇妙的發現，題目為「以威士忌作畫」（Painting Pictures with Whisky），藝術和科學，在此殊途同歸。