本文发表于《大众科学》之前的博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
我的祖父伊亚会给我讲故事。
他告诉我,当象头神迦尼萨被要求绕宇宙三圈时,他绕着他的父母画了三个圈。他告诉我罗摩如何保护所有恐惧的孩子,他的呼吸,在他携带的共鸣长笛中跳舞,产生了一首如此美妙的歌曲,它可以平息任何颤抖。伊亚告诉我关于萨拉斯瓦蒂,他为她建了一座寺庙的女神,她是如何成为知识和教育的女神,以及教育是如何成为世界上最神圣的礼物。
他告诉我,在2004年灾难性的印度洋海啸期间,海水冲破了钦奈海滩上印度教寺庙50英尺。尽管汹涌的海浪将大量碎片冲上岸,但露天花岗岩神殿仍然完好无损。
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“过来,我想和你谈谈,”伊亚在一个晚上开始说道。他的头发是灰色的,他的皮肤像他皱巴巴的手帕一样布满了皱纹。他偶尔会擦拭他湿润的,失明的右眼。我跟着他来到他在皇后区的家中的客厅沙发上,他的身体稍微陷入了垫子里。沙发套已经褪色和磨损,但在破旧的布料碎片中,仍残留着一个充满活力的图案的痕迹:被岁月掩盖的彩色圆圈。
伊亚告诉我,1995年9月21日,迦尼萨向人类发出一个信号,并通过一个让全球数百万印度教徒激动不已的姿态来展示自己。虽然大多数信徒在迦尼萨神殿周围留下盆牛奶,但新德里的一个人在当天清晨试图喂食神灵。这位信徒惊讶地看到他倾斜向迦尼萨嘴唇的金属勺子里的液体消失了。他叫醒了附近的牧师,牧师通过自己的试验证实了该人的观察结果。
随着消息的传播,成千上万的人很快在印度和国外的寺庙排队,为这位新开端的上帝,又名障碍的消除者服务,并观看他喝水。新德里的牛奶销量当天猛增了30%以上。一家商店卖出了超过25,000品脱。许多人涌到全国各地的寺庙祈祷,尤其是在新德里,人群导致交通陷入停顿。人们带着铃铛,香火,锡制容器和串着黄色万寿菊的花环,参观当地的寺庙,跪在迦尼萨的神殿前,感谢他的启示。
当然,科学家们对天体干预的想法持怀疑态度。来自印度科技部的研究人员参观了寺庙,以检验一个不同的假设:牛奶的消失是由于毛细作用引起的——液体在没有外力(如重力)的帮助下,甚至在与外力相反的情况下流入狭窄空间的倾向。科学家们到达最初报告“奇迹”发生的寺庙,用食用色素染色的牛奶进行实验。
随着勺子中液体水平的降低,有色的牛奶扩散到雕像中,使其涂上了相同的颜色。科学家解释说,雕像一直以这种方式吸收牛奶。但是,由于薄薄的一层牛奶几乎是无色的,因此液体的扩散以前是不可见的。《纽约时报》1995年9月22日的一篇头条新闻用一种健康的讽刺语气,在副标题中宣布:“一些印度教徒蜂拥而至,但科学家们嘲笑。”
但是,尽管《泰晤士报》的副标题暗示了轻信,但毛细作用并不是一个被广泛理解的科学原理。它基于粘附力、内聚力和表面张力原理,这些是许多液体共有的特性。内聚力描述了水分子相互吸引的趋势。例如,一滴水似乎形成一个球形,因为每个水分子都被其他水分子包围着。粘附力描述了水分子吸引其他物质的趋势。粘附力和内聚力的结合解释了水的“粘性”,这也可以在雨后粘在窗户上的水滴中观察到。
最后,表面张力是液体表面的一种特性,由于其分子的内聚性,它使其能够抵抗外力。例如,当您用开水装满杯子或烧杯时,当您从侧面看表面时,水会稍微下沉。这种下沉,也称为弯液面,是由水的表面张力引起的。水分子彼此之间的内聚力以及水分子与玻璃的粘附力导致水的表面“线”倾斜。
当对容器的粘附力强于液体分子之间的内聚力时,就会发生毛细作用。并且毛细作用将水带到多高的高度由表面张力和重力控制。液体可以仅通过粘附力与内聚力的比率和表面张力而向上移动。管子越细,管子内部的相对表面积就越大,从而使毛细作用能够将液体拉到比直径更大的管子更高的位置。在迦尼萨奇迹的情况下,牛奶的表面张力将液体向上拉出勺子,然后重力导致牛奶滴到雕像的前面。由于寺庙中的神像通常由多孔材料(如陶瓷或石头)制成,并用鲜花、茎和树枝装饰,因此有很多细小的开口可以通过毛细作用吸入牛奶。
尽管毛细作用在自然界中无处不在,但直到15世纪后期才由列奥纳多·达·芬奇正式确定——他是几位对这种现象着迷的著名科学家中的第一位。在1660年,一个多世纪之后,爱尔兰化学家罗伯特·波义耳进行了实验来研究它。然而,直到19世纪初,两位研究人员才提出了量化解释。托马斯·杨和皮埃尔·西蒙-拉普拉斯在1805年推导了毛细作用的杨-拉普拉斯方程。1830年,卡尔·弗里德里希·高斯调整了数学表达式。(从技术上讲,他考虑了与“液-固界面”相关的“条件边界”。)1900年,阿尔伯特·爱因斯坦向世界上最古老的物理科学期刊之一《物理学年鉴》提交了一篇题为“毛细现象观察的结果”的论文。这是爱因斯坦发表的第一篇论文。
除了探索毛细作用的著名研究人员的历史之外,值得注意的是,这种现象一直都在发生,并且当您停下来思考时,它的表现令人敬畏。当然,迦尼萨表面上神圣的行为的异常情况只是实验室之外毛细作用的一个例子。
另一个例子是当你的眼睛流泪时。毛细作用使我们眼睛中的泪腺能够释放泪液。此过程清洁眼睛并清除眼睛导管周围的所有灰尘和颗粒。毛细作用还负责植物养活自己的重要一步。种下一颗种子,当种子发芽时——当根扎入土壤时——您可以通过将水倒入盆底或花园的地板来给芽喂食。植物的根通过毛细作用吸收土壤中的水分。树木吸收水分,为我们的大气提供氧气,向天堂分枝,开花结果,都是因为毛细作用。
尽管他们目前只是在推测,但科学家们已经想象利用毛细作用来创造可再生能源。这个想法是,水可以通过毛细管向上攀爬,当到达顶部时蒸发,冷凝然后落回底部,在产生能量的过程中旋转涡轮机。毛细作用实际上可以产生电力。
迦尼萨在1995年9月21日喝了牛奶吗?我们有大量的科学证据表明情况并非如此;毛细作用再次发挥了作用。但这是否意味着敬畏在我们体验这种现象时没有地位?也许对毛细作用背后的科学和历史的理解实际上可以给日常事物注入奇迹——毛细作用在维持苹果园或恢复遭受野火余波的田野中的作用。正如《纽约时报》的头条新闻所暗示的那样,“科学”和“奇迹”之间不必存在不可调和的对立。
伊亚过去常常生活在这种持续的奇迹中:“上帝不仅无处不在,而且在每个人和每件事中,”他说。伊亚认为上帝存在于所有的人中,使人与人之间的互动变得神圣。“善待他人就像在他们的寺庙里祈祷,”他会说。伊亚认为上帝渗透到自然界的每个部分,甚至是毛细作用背后的建筑奇迹。对他来说,信仰一方面和非凡的科学现象之间不会有冲突。毛细作用展示了最基本类型的吸引力,对于我们身体和环境的正常运转至关重要。当然,这是值得惊叹的事——甚至可能是一些“蜂拥而至”的事。