為什么牧場醬表現(xiàn)得這么奇怪？一位物理學家解釋道。

想象一下你正在吃晚飯。你試著倒一些牧場醬放在你的盤子里，把蔬菜蘸進去。您將容器倒置，但什么都沒有流出?？雌饋硎菍崒嵲谠诘?。

所以你上下?lián)u晃瓶子，一大團調(diào)味品撲通一聲掉出來，砸在你的盤子里?？雌饋硐褚后w。

但是調(diào)料不會像牛奶或任何其他液體那樣散布在盤子上。相反，它保持了一些形狀，有點像你盤子里的蔬菜。看起來是實實在在的。

但是每次你把固體胡蘿卜或芹菜放入調(diào)味料中時，它都會使團狀的形狀稍微變形。你甚至可以涂抹和散布斑點，但芹菜的形狀和剛度不受這個游戲的影響?？雌饋硐褚后w。

那么，牧場醬是液體還是固體呢？或者兩者都不是？

我是物理學和生物物理學教授，我的研究重點是了解同時具有液體和固體特性的柔軟材料。物理學家稱這些材料為軟物質(zhì)。

在我的實驗室里，我們研究了皮膚和鼻涕等生物材料變軟的原因，以及我們?nèi)绾蝿?chuàng)造具有相同迷人特性的仿生材料。

我還主持一個社交媒體頻道，物理媽媽，我和我的兩個兒子在這里詢問和回答有關(guān)日常生活物理學的問題。

物質(zhì)的基本狀態(tài)

要弄清楚牧場醬是怎么回事，您需要了解什么物質(zhì)的不同狀態(tài)是以及是什么讓每一個都獨一無二。“物質(zhì)”只是“物質(zhì)”的科學術(shù)語，它是由微觀構(gòu)建塊組成的任何東西稱為原子而那有質(zhì)量.

你可能在學校里學過，有三種物質(zhì)狀態(tài)：固體、液體和氣體。想想冰塊，一灘水和蒸汽。也許您還了解了第四種狀態(tài)，稱為血漿.

這些不同的狀態(tài)由極小的分子編造這件事彼此互動.這些分子非常小，以至于您無法用肉眼看到它們。但它們無形的相互作用決定了您所看到的材質(zhì)的特性。

固體中的分子以某種方式相互物理連接，以防止它們相對于彼此移動。這就是使實體保持剛性并能夠保持固定形狀的原因。

另一方面，液體中的分子彼此之間沒有連接。他們可以四處移動，從彼此身邊滑過，混在一起。這種移動自由使液體能夠呈現(xiàn)出它所處的任何容器的形狀。

氣體中的分子可以完全自由移動，而不會真正過多地撞擊氣體中的其他分子。像液體一樣，氣體會呈現(xiàn)出它所在的任何容器的形狀，并且沒有固定的形狀。但與液體和固體不同的是，氣體也可以改變它們的大小或體積。

等離子體類似于氣體，但具有更多的能量。這種能量導致分子的帶電部分（稱為質(zhì)子和電子）破裂。太陽和星星是等離子體的例子，等離子體的材料也是如此讓霓虹燈招牌發(fā)光.

彈性和粘度

雖然實體保持其形狀，但它們并不完全堅硬。分子之間的連接就像微小的彈簧，使實體具有彈性.

如果你推動固體，它會變形——但當你停止推動時，它會彈回原來的狀態(tài)，有點像你在床上彈跳時的床墊。當然，這發(fā)生在分子水平上，所以你看不到它的發(fā)生。

盡管液體很容易改變形狀，但它們確實會由于摩擦而抵制這種變化液體分子之間，因為它們試圖彼此經(jīng)過。這種摩擦稱為粘性.

蜂蜜或糖漿等液體比牛奶或水等液體粘稠得多，因此更難攪拌。想象一下，你試圖在蜂蜜游泳池里游泳——美味但困難。

第五個狀態(tài)

牧場醬實際上是第五個物質(zhì)狀態(tài)稱為軟物質(zhì)。軟物質(zhì)可以同時具有液體和固體的特性，因此材料科學家說它是Viscoelastic – 粘性和彈性的組合.

軟物質(zhì)的其他常見例子包括酸奶、餅干面團、洗發(fā)水、牙膏、愚蠢的膩子、鼻涕、粘液和結(jié) 霜.

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這些物質(zhì)不是完全固體，也不是完全液體——它們兩者兼而有之。你可以從瓶子里倒出洗發(fā)水，但如果你在手指之間放一點并將它們拉開，它會在你的手指之間伸展。

餅干面團可以保持自己的形狀，但如果你用力推它，它會變形并且不會反彈。

許多粘彈性材料展示剪切稀化，這意味著您攪動它們的次數(shù)越多，它們的粘度就越低。

這就是為什么搖晃你的奶瓶牧場醬或番茄醬可以讓你把它倒出來——即使在搖晃之前它太像固體了，不能離開瓶子。這也是為什么看起來相當固體且能夠保持其形狀的酸奶在快速攪拌時變得更像液體的原因。

柔軟的材料也可出現(xiàn)剪切增稠– 您越努力地使它們變形，它們就會變得更加僵硬。就是這樣Oobleck，玉米淀粉和水的簡單混合物工程。你可以慢慢倒入它，然后用手浸入其中，就像任何其他液體一樣，但如果你擠壓它或搖晃它，它就會凝固。

一種不同的分子

這些柔軟的材料同時具有液體和固體特性的原因是它們由聚合物制成：長鏈狀分子。這些長長的鎖鏈都纏在一起，像一碗意大利面，所以它們在某種程度上是相互連接的，就像固體中的分子一樣，但也像液體中的分子一樣可以自由地相互移動。

大多數(shù)商店購買的牧場醬都含有黃原膠，這是一種天然聚合物，用于增稠和穩(wěn)定許多食物。

因此，下次您嘗試從瓶子中倒出牧場醬時，您可以想象黃原膠聚合物全部相互纏結(jié)，使調(diào)味品像固體一樣。

當您搖晃瓶子時，您正在解開聚合物，使它們相互滑動和流過，使調(diào)料很容易從瓶子中流出并流到您的盤子上。

雷·羅伯遜-安德森，物理與生物物理學教授，圣地亞哥大學

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