俗話(huà)說(shuō)，水往低處流?？墒?4年前，有人發(fā)現了水可以逆流而上。不信，大家看這里——

紫色的顆粒沿著(zhù)水流向上爬升

看到木有，水面的粉末隨著(zhù)逆行的水流回到了上方的容器里?？梢?，這很信條。

所以，這水是看了諾蘭新片了嗎？倒不是，這個(gè)現象是在2008年金融危機爆炸那年被一個(gè)叫做S.Bianchini的物理系少年發(fā)現的，距今已有14年。

阿根廷的傳統馬黛茶

當時(shí)，來(lái)自阿根廷的Bianchini正在泡阿根廷的傳統馬黛茶，馬黛茶是用巴拉圭冬青葉子制作的，茶葉是粉末狀的。當他倒水的時(shí)候，猛地發(fā)現茶葉竟然倒行逆施，自動(dòng)飄到了茶壺里。

倒水時(shí)，如果壺嘴和下方液面距離很近，茶葉就會(huì )逆流而上，來(lái)到水壺里。

Bianchini的導師也沒(méi)見(jiàn)過(guò)這種操作，于是后來(lái)Bianchini同學(xué)用這個(gè)做了畢業(yè)論文，然后順利畢業(yè)了。

在論文中，他用馬黛茶葉還有粉筆末在實(shí)驗條件下重復了上述現象。Bianchini認為，這個(gè)現象并不是咱們在生活中常見(jiàn)的毛細現象導致的，而是由于馬拉高尼效應。

馬拉高尼效應咱們以前也講過(guò)，表面張力不同的液體之間形成水流。咱們平時(shí)看到的酒杯掛壁，還有風(fēng)油精小船都是馬拉高尼效應導致的。

馬拉高尼效應還可以用來(lái)讓液滴自動(dòng)解迷宮，超有趣的，回顧點(diǎn)這里。

Bianchini通過(guò)實(shí)驗發(fā)現，馬黛茶還有粉筆末可以減少下方液體的表面張力，因此上游的水表面張力大，下游的水表面張力小。而表面張力大的地方可以把表面張力小的地方的液體吸過(guò)去，形成馬拉高尼流，所以水才可以倒流。

這個(gè)反直覺(jué)的物理現象說(shuō)明，上游的水不一定比下游的干凈，因為下游可以反過(guò)來(lái)污染上游。因此后來(lái)這個(gè)現象就被取名為逆流污染（upstream contamination）。

過(guò)了幾年，羅格斯大學(xué)的工程學(xué)教授Troy Shinbrot對這個(gè)現象產(chǎn)生了興趣，于是找了個(gè)學(xué)生和Bianchini用更復雜的實(shí)驗再次驗證了一番，并把結果發(fā)表在了2013年的Proceedings of the Royal Society A上。

Shinbrot他們用馬黛茶葉還有粉筆末發(fā)現，逆流污染現象確實(shí)存在，液體可以向上攀升1厘米的高度。哪怕上方滴水處寬度達到幾米，這個(gè)現象依舊存在，冷水和滾水同樣會(huì )出現逆流污染。

逆流污染

Shinbrot他們也再次驗證了表面張力在逆流污染中的作用。經(jīng)過(guò)測量，他們發(fā)現加了粉筆末以后，水的表面張力減小至原來(lái)的一半，加了茶葉以后減小至原來(lái)的1/3。

經(jīng)過(guò)計算，加入粉筆末后，減少的表面張力可以給漂浮在水上的粉末提供20倍的重力加速度，推動(dòng)它逆流而上。

逆流污染

那么問(wèn)題來(lái)了，如果這個(gè)現象真的是表面張力差導致的，那么消除上游和下游的表面張力差，水是不是就無(wú)法倒流了呢？

他們也測試了一下。他們在上游的水中加入了表面活性劑苯扎氯銨，減少上游的表面張力。果然，這么干了之后水就不會(huì )倒流了。

實(shí)際上，2002年麻省理工學(xué)院（MIT）的應用數學(xué)教授John W M Bush和同事也發(fā)現，如果在下方水池里加入表面活性劑，那么下方的水能夠沿著(zhù)瀑布倒流，逆行的高度最高可達到2厘米。

了解了這個(gè)現象后，相信各位弟弟都不敢在小便池里近距離滋尿了。

當然對于要做實(shí)驗的研究者還有制藥企業(yè)來(lái)說(shuō)，這個(gè)現象還是很煩人的，這意味著(zhù)用滴管的時(shí)候，下面的物質(zhì)可能反過(guò)來(lái)污染滴管里的液體。

你以為馬拉高尼效應可以讓水流逆行已經(jīng)很秀了么？在1992年，科學(xué)家們還注意到馬拉高尼效應的另一個(gè)反常識的神奇技能。

咱們知道，水滴落到杯子里，會(huì )和杯子里的水融合在一起，這在物理學(xué)上叫做合并（coalesce）。

我們之前介紹過(guò)，通過(guò)振動(dòng)液面，可以讓液滴長(cháng)時(shí)間不合并（點(diǎn)我看）。

那年，國際航天任務(wù)Spacelab mission D2的宇航員以及意大利那不勒斯大學(xué)的物理學(xué)家Rodolfo Monti在Onset實(shí)驗中觀(guān)察到讓兩個(gè)液滴不融合的方法，那就是制造巨大的溫差。

這個(gè)神奇的現象引起了不少物理學(xué)家的興趣，他們認為，這就是馬拉高尼效應作怪。

原來(lái)，除了上面講到的表面張力差（表面張力梯度），溫差（溫度梯度）也可以促成馬拉高尼效應，因為溫度越高，表面張力越小。

Monti后來(lái)和同事們做了這樣一種裝置，上面的儀器懸掛著(zhù)一滴液體，下面是同樣液體形成的水平液面。

他們發(fā)現，如果溫差很大，那么上面這滴液體死活不會(huì )和下面的液面融合。

更有趣的是，只要維持這樣的溫差，哪怕強行把液滴按到下面的液面以下，它也不愿意融合，把自己活活扭成了氣球。

但是，如果兩個(gè)液體的溫度完全一致，它們在幾毫秒內就會(huì )融合。

那么，馬拉高尼流是如何阻止液滴合并的呢？

這是因為上下液體之間存在溫差，因此上面的液滴和下面的液面中都存在馬拉高尼流。而這兩股對沖的馬拉高尼流攪動(dòng)周?chē)鷼怏w，使液體之間存在一層輕薄無(wú)感的氣體，正是這層氣體阻止了上下液體的合并。這個(gè)過(guò)程簡(jiǎn)而言之就是“冷朝熱風(fēng)”。

換成兩滴液滴也是一樣，兩滴溫差很大的硅油無(wú)法合并——

這個(gè)現象在焊接和制造合金時(shí)有很大的應用，因為在高溫下熔化的金屬也會(huì )遇到類(lèi)似的問(wèn)題。當然，在冬天冰冷的廁所里，大家也能看到帶著(zhù)余溫的廢液在尿池中最后的倔強。

懂了，高拉自來(lái)水來(lái)自馬拉高。