“我敲開了雞蛋之謎”
選自：《新發現》 2005年12月號發布時間：2006-6-29 15:15:17點擊： 159
如果把一個煮熟的雞蛋放在桌上旋轉，你就會發現雞蛋最後自己站立起來了！這種“傑萊特雞蛋”現象的本質長期以來一直未能得到解釋，直到英國物理學家、數學家凱斯·莫法特（Keith Moffatt）在偶然的情況下向這一謎團發起挑戰，並開始對旋轉物體的神秘世界進行探索。現在就讓我們來認識一下這位科學界的“魔術大師”吧。
基本介紹
- 中文名：傑萊特雞蛋
- 選自：《新發現》 2005年12月號
- 發布時間：2006-6-29 15:15:17
- 點擊：159
簡介,歷史,
簡介
“我敲開了雞蛋之謎”
如果把一個煮熟的雞蛋放在桌上旋轉，你就會發現雞蛋最後自己站立起來了！這種“傑萊特雞蛋”現象的本質長期以來一直未能得到解釋，直到英國物理學家、數學家凱斯·莫法特（Keith Moffatt）在偶然的情況下向這一謎團發起挑戰，並開始對旋轉物體的神秘世界進行探索。就讓我們來認識一下這位科學界的“魔術大師”吧。
一位氣質優雅的男士站在石台前進行旋轉雞蛋的表演。他是魔術師嗎？其實，作為物理學家、數學家、英國特立尼特大學（Trinity College）和劍橋大學的名譽教授，凱斯·莫法特的經歷與江湖藝人扯不上任何關係。他以前也曾執教於英國布里斯托大學、法國工業大學和巴黎高等師範學院，而且還在劍橋大學數學系埃薩克·牛頓（Issac-Newton）學院和《流體力學日報》擔任領導工作……在其治學生涯中，他主要致力於磁流體力學和湍流理論方面的研究。但是這位年屆古稀的英國紳士所表現出來的，是活潑與熱情，而決不是科學名流通常在人們眼裡應有的嚴肅古板的學究氣。他在舉辦講座時，能深深地打動那些對流體力學一無所知的聽眾，鼓勵好奇者提出問題，享受棘手問題帶來的樂趣，從容不迫地做出回答，並用生動的例子加以說明。而他最大的樂趣就在於向聽眾介紹這些年來關於熟雞蛋旋轉問題的研究。
歷史
故事還得從1997年聖誕節凱斯·莫法特給孫兒們的禮物——厄萊（Euler）圓盤說起。這種簡單的小玩具看上去就是一個厚厚的圓幣，表面十分平整光滑。如果在一個光滑平面上空，使圓盤像硬幣那樣騰空旋轉落下，並讓圓盤的邊緣接觸平面，它就會越轉越快，直到幾分鐘後嘎然而止。厄萊圓盤的這一特性引發了凱斯·莫法特極大的好奇心，他於是決定投入這方面的研究。研究結果在2000年公布後，出人意料地引起了巨大的反響，來自世界各地的講座邀請絡繹不絕。一次，當凱斯·莫法特在劍橋大學舉辦講座時，一位聽眾就厄萊圓盤和熟雞蛋在旋轉上的相似性提出詢問。“當時我不假思索地回答說，同厄萊圓盤相比，雞蛋的旋轉只不過是小巫見大巫。當然，這個問題倒是可以用作大學生的考試題目。” 凱斯·莫法特回憶道。因為對他來說，熟雞蛋的旋轉是一件再普通不過的事情了：將雞蛋放在沸水中煮十分鐘，注意保持蛋殼的完整。煮熟後，把雞蛋平放在桌面等略微粗糙的平面上，用拇指和中指捏住，讓它快速旋轉起來。多試幾次，手法熟練之後，您就會發現一個令人驚奇的現象，雞蛋在水平方向自轉數圈之後，突然會以一端站立起來，繼續豎著轉動！
物理學家的古老難題
熟雞蛋的這一絕活是一個奇怪的物理現象，生雞蛋就無法做到這一點。當旋轉的雞蛋豎立起來，其重心位置提高，隨之增加了雞蛋的勢能。而通常的情況恰好相反，自由運動物體的勢能一般會逐漸減少，比如說，一個圓球沿著斜面向下滾動，總會在高度最低的位置到達靜止的力平衡狀態。那次講座過後不久，橫濱Keio大學物理系教授 Yukata Shimmomura拜訪了凱斯·莫法特。這位日本學者也出席了那次講座，熟雞蛋旋轉問題引起了他的濃厚興趣。他利用業餘時間試圖解答這道簡單的“大學生試題”，但卻沒有成功。凱斯·莫法特看了日本學者的研究資料之後，才發現熟雞蛋旋轉原來是一道好幾個世紀以來一直令物理學家困擾不已的棘手難題！愛爾蘭物理學家傑萊特1872年在其主要研究陀螺的著作《論摩擦原理》中，首次提到了熟雞蛋的旋轉。凱斯·莫法特和日本學者由此展開合作，他們認為，雞蛋和桌面之間的摩擦力使得雞蛋的對稱軸在旋轉時從水平方向轉變為垂直方向。
傳媒反應立竿見影
換句話說，摩擦使雞蛋的側面在旋轉時發生輕微的擺動。而生雞蛋內的蛋清和蛋黃則會吸收這些能量，自身開始運動。這一解釋聽起來顯得相對簡單了些。2002年3月復活節的前幾天，凱斯·莫法特和Yukata Shimmomura在著名的《自然》科學雜誌上共同發表了他們的研究結果。這篇題為《破解雞蛋旋轉之謎》的文章僅長兩頁，寫滿了各種方程。凱斯·莫法特坦率地說道：“僅僅用兩頁的篇幅和十六個方程式來闡述這一現象的原理，實在是一次壯舉。實際上，我們在初稿中計算了不下三百條方程式！”
