问题

把花式咖啡搅乱后,倒着做一遍搅乱的动作,有可能把咖啡的图案复原吗?就像GIF图里的一样?

回答
这是一个非常有趣且富有想象力的问题,涉及到咖啡拉花(Latte Art)的艺术性和物理原理。答案是:理论上,如果你能精确地复制并反向执行每一个搅动步骤,并且咖啡液的性质(如粘稠度、温度、表面张力等)保持不变,那么在极小的范围内,以及在理论的完美假设下,是有可能将咖啡的图案“复原”一部分的。但实际上,几乎不可能完全复原,而且“搅乱”这个词本身就带有一定的模糊性,这让复原变得更加困难。

让我们详细分析一下:

理解咖啡拉花和“搅乱”的过程:

咖啡拉花 (Latte Art): 咖啡拉花是通过将打发好的牛奶(奶泡)以特定的手法倒入浓缩咖啡中,利用奶泡与咖啡的密度差和表面张力,在咖啡表面形成图案。常见的图案如心形、叶子(郁金香)、天鹅等,都是通过控制奶流的速度、角度、方向以及晃动杯子来实现的。
“搅乱”: 在这里,“搅乱”并不是一个科学的词汇。我们可以理解为:
物理上的混合: 用勺子或其他工具将已经形成的拉花图案在咖啡中进行搅拌,使得奶泡和咖啡不再有清晰的界限,而是混合在一起,图案消失。
破坏结构: 拉花图案的形成依赖于奶泡在咖啡表面的分布和形状,搅拌行为会破坏这些精细的结构。

为什么反向操作“理论上”可能复原?

想象一下一个非常简单的拉花图案,比如一个简单的点(初始倒入时)。然后你用勺子在中间搅动了几下。理论上,如果你能记住这几次搅动每次勺子进入的位置、深度、速度和角度,然后以完全相反的顺序和方式将勺子移出来,并且不引入新的干扰,那么极有可能将原本被搅乱的部分“归位”。

更复杂的图案和现实的困难:

当图案变得复杂,例如一个叶子或者天鹅时,“搅乱”的过程就不是简单的几次点状搅动了,而是可能涉及:

1. 大范围的搅拌: 勺子可能在咖啡表面滑动、旋转,将奶泡推开、混合。
2. 不均匀的混合: 奶泡和咖啡的混合是渐变的,并不是一个清晰的界限。有些地方混合得更彻底,有些地方可能还残留一些奶泡的痕迹。
3. 化学和物理变化: 咖啡和牛奶在混合过程中会发生一些微小的化学和物理变化,例如温度会逐渐降低,表面张力可能会发生细微改变,这些都会影响最终的视觉效果。
4. 精度问题: 人类的手,即使是专业的咖啡师,也无法做到绝对精确的动作。每一次搅动、每一次勺子进入和退出都会引入微小的误差。
5. 不可逆性: 一旦奶泡和咖啡充分混合,它们就变成了一个新的、更均匀的液体混合物。要将已经混合在一起的两种液体精确地分离出来,回到它们各自的状态,在宏观世界中几乎是不可能的。

比喻:

这就像你把一个精心折叠的纸鹤“搅乱”(撕碎或揉皱)。理论上,如果你能记住每一处撕裂的痕迹,每一处折痕的走向,并且能极其精确地将碎片重新粘贴、抚平,也许能恢复出“看起来像”原样的纸鹤。但它已经失去了原本的平滑和清晰的折痕,并且填充了胶水的痕迹。

GIF图的误解:

GIF图通常是通过快速播放一系列静态图片来产生动画效果。如果GIF图里展示的是一个物体被“搅乱”后,通过一系列操作又变回原样的过程,那么这个“操作”可能不是物理意义上的“反向搅动”,而是:

预设的动画: GIF制作者可能通过逐帧编辑,故意制作了“复原”的动画效果。
简单的视觉效果: 也许GIF演示的是一个非常简单的、高度可控的混合过程,并且“复原”的过程也是通过精确控制来模拟的,而不是真正意义上的物理逆转。例如,如果只是在咖啡表面做了一个点,然后用勺子轻轻搅动,再用吸管小心地将搅乱的部分吸走,理论上是可能的,但这不是GIF里通常展示的“反向搅动”概念。
“搅乱”的定义不同: GIF里的“搅乱”可能只是让图案变得模糊,而不是彻底混合。

结论:

从纯粹的物理学角度来看,如果“搅乱”是一个可以被精确记录和逆向执行的物理过程,并且咖啡液的性质在过程中没有发生本质性变化,那么在理论上,是有可能在一定程度上“复原”图案的。

然而,在现实世界中,咖啡拉花是一个复杂的物理现象,其“搅乱”过程往往是不可逆的、不精确的,并且涉及多种变量。因此,想要通过反向操作,像GIF图那样将一个被搅乱的花式咖啡图案“复原”到原始状态,几乎是不可能的。 我们看到的很多有趣的GIF效果,往往是经过精心设计和模拟的艺术创作,而不是对现实物理过程的真实复现。

网友意见

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搅花式咖啡能不能复原我不知道,但是搅点别的东西,如果你技术足够好的话,是可以复原的。

具体怎么做呢?

首先,你得有一个杯子,最好不是一般的杯子,而是中间有个柱子的杯子;而且,搅的也不能是像咖啡那样的液体,要得黏一点,比如像洗手液什么的:

然后,为了看得清楚,滴上三滴带颜色的洗手液:

接着,顺时针慢慢转动里面的柱子5圈,注意动作要慢:

第一圈:

第五圈:

接下来,就是见证奇迹的时刻了!逆时针转动圆柱5圈:

bang!回来啦~~~~

这个实验其实是展示了层流的可逆性。而层流一般是指雷诺数(Re=密度*流速*特征长度/粘性)非常小的流动。这也是为什么要使用比较黏的液体,而且要慢慢转的原因。

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图片来源:UNM physics and Astronomy - Laminar Flow (youtube.com/watch?)

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没想到这个答案得到了如此多的关注,这让我非常惭愧啊,毕竟实验是别人做的,我只是搬运一下……而且鉴于评论区有很多童鞋表示不相信,认为只是视频倒放的效果。所以我决定自己来做一下这个实验,也算对这800多个赞的一个交代。

首先找一胖一瘦两个杯子:

然后组装起来,并用架子固定住避免左右移动:

接着倒入透明粘稠液体,滴入同种液体调色后的液滴(手抖了滴得有点糊……):

转转转转……(液体太黏了有点转不太开):

然后往回转转转转转……:

呼……基本上恢复了吧~~~

可以看到红色靠近液面的地方散得比较开,是因为在转的时候中间的圆柱没有完全稳定,有点向右挤压造成液面右侧抬升,没有转均匀。

接下来是一点简单的分析,可以跳过不看:

实验中用的液体是5000cSt的硅油(silicone oil)=5000x10^-6m^2s^-1,转速U估计在1cm/s,特征长度L约为1cm,所以可以计算得雷诺数Re = =0.02远远小于1,属于层流。

至于扩散的问题,可以用Stoke-Einstein Law来估计扩散常数D~2.5*10^-14m^2/s。所以扩散的特征时间t=L^2/D ~ 4*10^9s(这个值貌似有点偏大…),所以在实验过程中基本上是没有什么明显的扩散的。

总算是把视频传好了,建议3倍加速观看。

可逆层流实验 http://www.tudou.com/programs/view/umR4FYnPlOI/

提前祝大家春节快乐!谢谢观看!

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当然不可能。搅动咖啡的动作在时间上反过来,不是倒着搅动,而是咖啡的流动推着勺子逆向旋转,最后推着你的手跳出杯子,这才能勉强满足了“反向操作”的假设。仅仅倒着搅动一番,就指望咖啡复原,这好比敲破鸡蛋之后,用锤子敲另一头,再指望鸡蛋恢复原样,那连理论上的可能性也不存在啊。讨论热力学和雷诺数什么的,都是用细节掩盖了主要问题。

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