本文转载自公众号＂环球科学＂ 作者：不周提起超音速冲击波，我们可能下意识会联想到核爆炸、喷气式战斗机、火箭发射等。这些能量瞬间爆发的过程，无论怎么看，都与开香槟相去甚远。但有趣的是，据＂香槟学＂研究显示，香槟开瓶很像是一次迷你火箭发射，二者均会产生超音速冲击波。 一阵猛烈摇晃之后，我们紧盯着香槟酒瓶，期待着瓶塞在下一秒就弹射出去。随着＂砰＂的一声，酒液和泡沫喷涌而出，人群中也爆发出欢呼声——这是庆祝活动中常见的一幕。但是这并非打开香槟的正确方式，反而相当危险，每年都有人因此受伤。 让我们重新来过，不去摇晃香槟酒，拆开覆在软木塞上的铁丝网。一手按着瓶塞，一手缓慢旋转瓶身，瓶塞会自然地被瓶内气压慢慢顶出，然后＂啵＂的一声弹出来，随后瓶口出现淡淡的白雾。 也许是那抹白雾令人在意，在2019年《科学·进展》（Science Advances）的一篇文章里，物理学家化身＂香槟学者＂，突发奇想地用高速摄像机拍摄了香槟开瓶的瞬间。他们惊讶地发现，瓶塞弹出后，瓶中喷射的高压气流竟会形成超音速冲击波。 超音速冲击波，本质上是物体进行超音速运动时，会对周围介质（比如空气）产生扰动，从而不断在物体前方形成压缩气流。这些压缩气流携带了巨大的能量，会以超音速气浪的形式向四周冲击。 图片右上角为拍摄时间：从583微秒到1000微秒。高速摄像机捕捉到，马赫环（箭头所指位置）从离瓶口较近的图A位置，逐渐远离瓶口至图E位置，直到图F完全消散。（图片来源：原论文） 马赫环 气流通常是无色的，这意味着我们无法直接看到冲击波。那为何还能用摄像机捕捉到香槟瓶口的超音速冲击波呢？事实上，与其说我们看到了超音速冲击波，不如说是观察到了只有超音速气流才能形成的现象。 当你仔细观察这几张香槟开瓶瞬间的照片时，会发现有一条白线正逐渐远离瓶口，直至消散。而如果你从瓶口正上方向下看，会发现这条线其实是个圆环——这就是马赫环（mach disk）。 我国歼-20战机尾部可见一串明亮的光环——马赫环。（图片来源：新华网） 如果你留心过超音速飞机起飞或者火箭发射，也许会注意到，它们的尾部总带有一串明亮的光环，这也是马赫环。火箭和飞机都需要喷射超音速气流来获得强大推力。喷出的超音速气流压力很高，所以当它从喷管喷入大气中时，会直接膨胀；但膨胀后的气流压力又会低于大气压，因此会再次被压缩。如此一来，超音速气流会在膨胀与压缩间往复循环，这个过程会形成膨胀波与压缩波，二者在传播过程中相遇叠加，就形成了一个个的圆环，也就是马赫环。 不难看出马赫环现象出现的必要条件：一是超音速气流；二是气流压力与环境压力不等。前者满足冲击波出现的条件；而后者能使气流发生变化，进而产生不同的波。 香槟瓶口的马赫环与火箭尾部的马赫环成因相同，但二者有一个显著区别：超音速气流的温度。香槟瓶塞弹出的瞬间，瓶内气流快速溢出，导致瓶内气压与温度骤降，二氧化碳和水蒸气混合物会凝结成冰晶，形成灰白色雾气。也因此，香槟瓶口的马赫环会出现在白雾中。而火箭喷射的气流温度过高，会点燃混于其中的少量燃料，让马赫环在其中格外耀眼。 瓶塞弹出的瞬间 然而，虽然知道香槟瓶口喷射的气流能超过音速、产生马赫环，但具体的过程和物理机制尚未明确。今年，在一篇发表在《流体力学》（Physics of Fluids）杂志的文章里，科学家通过计算机模拟，进一步揭示了在香槟瓶塞弹出的1毫秒（1000微秒）中，冲击波形成、演变、最终消散的过程。 香槟酒富含二氧化碳，瓶中的气压约是大气压的6倍，瓶中压缩的二氧化碳气体会不断地向软木塞施加向外的推力，想将它顶出去。在稳定情况下，软木塞与瓶壁间的静摩擦力会与向外的推力相平衡。然而一旦你开始扭动软木塞，静摩擦力会迅速转变为动摩擦力，不再能与气压抗衡。瓶塞此时就如火箭一般，蓄势待发。 计算机模拟图像。从上至下，每行分别对应冲击波演化的第一阶段、第二阶段到第三阶段。第一行500微秒时，木塞刚刚弹出，气流只能沿着瓶塞与瓶口的缝隙横向膨胀；第二行917微秒时，木塞离瓶口一定距离，气流能直接喷射，但会与瓶塞碰撞形成弯曲的冲击波；第三行1167微秒时，瓶内外气压差降低，无法支撑气流以超音速逸出。从左至右，每列分别显示流速、气压和温度的空间分布。结合行与列变量，可以对应看出每一阶段的状态，及其对应不同变量的区间分布。（图片来源：原论文） 根据计算机模拟，软木塞弹出后的1毫秒中，超音速气流的变化可分为三个阶段描述： 软木塞弹出的第一阶段（600微秒内），瓶内的二氧化碳气流会以超音速逸出，这个过程与火箭发射的气流加速过程极为相似。火箭尾部的喷管是两边宽中间窄的漏斗形状，也叫做拉瓦尔喷管（Laval nozzle）。引燃后加热的高压气流在通过喷管逐渐收窄的前半部分时，会不断压缩、加速。而香槟瓶颈处收窄的形状也起到了类似的效果，让气流在瓶口处加速至超音速。 就像人群堵塞在狭窄路口时行进速度缓慢，而一旦走到开阔空间会分散加速一样，气流经过狭窄路径压缩后进入到开阔空间，也会急于膨胀加速。因此高压的气流在逸出瓶口、进入相对低压的外界环境时，会获得超音速；而火箭气流则是在喷管后半部分就能达到超音速。与火箭不同的是，香槟瓶口的瓶塞由于运动速度相比气流过慢，会阻碍气流直接喷射。这一阶段的超音速气流只能沿着瓶塞与瓶口的缝隙，横向膨胀逸出，形成冠状的冲击波，同时出现马赫环现象。 软木塞离开瓶口的第二阶段（600-1000微秒间），随着瓶内气体不断逸出，终于能像火箭气流一样径直喷射出去，随即会与稍远些的软木塞发生碰撞，从而形成弯曲的冲击波。 而到了第三阶段（超过1000微秒），酒瓶内的压力逐渐与大气压相平，无法维持瓶口处的压力差，气流失去了动力。因此喷射的气流将不断减速，直到低于音速，冲击波彻底消散。 源于生活的启发 这项有趣的研究将火箭发射与香槟开瓶关联到一起，不仅推动了＂香槟学＂研究进展，还能为一系列重要应用的研究提供参考，比如火箭发射和导弹发射的弹道学研究。这项研究也可以帮助开发水下航行器和风力涡轮机的工程师，让他们能更好地理解流体动力学（流动的物质在力作用下的运动规律）过程。 然而事实上，我们身边不只有香槟开瓶会产生超音速冲击波。不知你是否留意过生活中两种极具穿透力的声音：撕透明胶带时的＂撕拉！＂声，以及公园里甩鞭锻炼时的＂啪！啪！＂声。 如果大力地撕胶带，你会发现胶带总是被一截截地扯开，听上去是一段段的＂撕拉＂声。当你用力将胶带撕离附着表面时，胶带粘合剂会像弹簧一样拉伸，并储存弹性势能（所以无法连续地撕开）。在粘合剂＂弹簧＂承受不住更大的拉力断裂后，累积的弹性势能会立刻转化为胶带分裂边缘（附着胶带与分离胶带的分界线）的动能。 如果用高速摄像机拍摄这一过程，你会看到胶带分裂边缘会以每秒650到900米的速度运动，远超音速，甚至超过了战斗机的速度。这意味着附着胶带每一次积攒势能、而后剥离，都会释放微小的超音速冲击波。所以不难理解，在我们听来，一次次迷你音爆的叠加当然会很刺耳。 撕透明胶带时，总避免不了刺耳的＂撕拉＂声（图片来源：Pixabay） 而公园里响亮的＂啪！啪！＂甩鞭声，有人可能会误以为这是鞭子抽打在地上发出的声响，但其实这都是一个个在空中爆发的迷你超音速冲击波。人在用力甩动鞭子时，会将动能传递给鞭子。通常鞭子手柄部分更粗、质量也更大，当动能沿着柔软的鞭身传递到又细又轻的鞭梢时，为保证动量守恒，鞭梢速度会远大于手柄的速度，很容易超过声速，从而形成局部的超音速冲击波。 这个现象，也被称为鞭梢效应。它与香槟开瓶一样，源于生活，但也蕴含着复杂的物理机制。 现在，如果有人问：香槟，胶带和鞭子三者有何共通之处？ 你知道该怎样回答了吗？ 封面来源：Pixabay 论文链接： https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aav5528 https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/5.0089774 https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.068005 参考链接： https://www.smithsonianmag.com/smart-news/what-really-happens-when-you-pop-champagne-according-to-science-180980218/ https://www.livescience.com/champagne-bottle-opening-creates-shockwaves.html https://www.decanter.com/wine-news/german-scientist-logs-champagne-cork-speed-75173/ https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?dbcode=CJFD&dbname=CJFD9495&filename=LXYS505.026 本文来自微信公众号＂环球科学＂（id：huanqiukexue），如需转载请联系 newmedia@huanqiukexue.com 微信编辑 | 阿什么爽
鸟尽弓藏，当屠刀挥下，明初的将军们该如何逃过一劫？中国历朝历代皇帝在开国之后，面临的最大问题便是如何妥善安置跟随自己征战多年浴血奋战的功臣们。而皇帝在建国之后突然翻脸大肆屠杀功臣在中国历史上也是屡见不鲜的事情。春秋时期的越王勾践大他是开国少将，受九一三事件牵连被免职，晚年捡破烂也要捐款革命战争历史中，革命的部队由小到大的过程中，可少不了后勤工作中奋战人员的努力，正是在后勤工作保障下，革命部队一直保持着高昂的战斗力，这才获得了一场又一场重要战役的胜利，于是不少负责古代十六国中的成汉前赵后赵前燕前秦前凉分别在如今的哪些地方？自公元304年刘渊起兵，称汉王起，到公元439年北魏灭掉北凉统一北方终，在这之中漫长的136年间，是中国历史上的一段大分裂时期。这段时间内，于中国的北方与西部地区，由众多民族建立起深得民心，爱民如子，一代明君唐王李世民唐代比较出名的一位皇帝，名叫李世民，他是人们心目中的好皇帝，在隋唐英雄传中，他就展现出了自己超人的用人能力。李世民可谓是一位有着雄才大略的皇帝，他的丰功伟绩也很多，接下来，请听我慢印第安人被屠杀时为何不反抗？白人你知道他们有多狠吗？在这个世界上，悲剧每天都在上演，而悲剧中最令人惋惜的，莫过于一个文明的消失。六百年前的美洲大陆还能称得上是一片净土，印第安人在那里安然度过了上万年的岁月。但随着欧洲文明的介入，印第北宋唯一能世袭的将门世家威震西北二百年，功绩超过杨家将提到两宋的历史，我们共同的认知就是北宋无将南宋无相，提到北宋总会想到这是一个存在于夹缝之中满含屈辱史的王朝，北宋武力之弱几乎成为世人的共识。北宋军事上弱不可否认，但北宋的武将却并不路易十四活了77年却只洗过几次澡，他的情妇回忆十米外臭气熏天故人从军在右辅，为我度量掘臼科。濯冠沐浴告祭酒，如此至宝存岂多。韩愈洗澡是一件令人心情愉悦的事情，洗澡不仅可以让我们的身体放松，清洁身体表面的污垢，还能让我们的精神放松，忙碌一天后话说大秦帝国那些事（三十一）秦孝公其人其事之崛起话说大秦帝国那些事（三十一）秦孝公其人其事之崛起作者梁超当时的天下，东方诸候也均以秦处西陲而远中原，视秦如蛮夷之邦，化外之境，今观秦求贤之命，无不窃笑，皆谓秦人是沐猴而冠。其山东六圆明园是被火烧毁的吗，吃瓜群众在干啥？火烧圆明园事件，相信各位看官都是家喻户晓妇孺皆知，但是大家有没有想过，当时的百姓是在围观吃瓜吗？还是另有所动作呢？听我给你一一道来。咸丰十年（1860年）英法联军攻占北京后，占据圆1983年，再婚生子的台湾老兵回青岛探亲，原配妻子下次别回来了所谓久别胜新婚，可太过久远的离别，等待就成了幽思，1983年，柳卓寿已经阔别大陆34年了，再次面对朝思暮想的家乡，柳卓寿内心只有一个想法，那就是再见到自己曾经的妻子，哪怕只见一面也历史上臭名昭著的两大人物，却被电视剧美化成受人追捧的高大人物在现代电视剧中，我们常常看到的历史人物大多都经过艺术加工，编剧为了故事能够更加引人瞩目，会杜撰更改一些历史事件。那些在正史当中臭名昭著，恶贯满盈的人，后来却在电视剧中，被美化成具有