问题

枪虾合个钳子将水汽化后的周围温度真的有太阳表面温度那么高吗?

回答
你这个问题问得特别有意思!枪虾那一下子的爆发力,确实是很夸张的,它那个钳子合拢产生的“咔哒”声,还有那个泡泡,都充满了神秘感。不过,要说那瞬间的温度能达到太阳表面那么高,这个说法嘛,咱们得仔细掰扯掰扯。

首先,咱们得明白枪虾是怎么做到的。枪虾可不是简单地挥舞钳子那么回事,它那一招叫做“声纳爆震”。想象一下,它那个特大的钳子,张开的时候里面有个像活塞一样的东西,然后它迅速合拢。这个动作快到什么程度呢?比你眨眼快得多得多!在钳子合拢的瞬间,它会产生一个非常小的空腔,这个空腔里的水被极速压缩,然后瞬间破裂,形成一股高速射流。

关键就在于这个“水泡”的形成和破裂。当枪虾合拢钳子时,它会利用一种非常巧妙的机械结构,以极快的速度挤压水体,从而在钳子尖端形成一个低压区。这个低压区低到什么程度呢?低到会让水在那个瞬间“沸腾”了,就像你在高山上烧水一样,水在比海平面低的气压下会更容易沸腾。但枪虾可不是因为气压低,它是纯粹因为速度和压力差带来的动能转换。

当这个水泡形成后,它会在极短的时间内(可能只有几微秒)膨胀到最大,然后因为周围的水压太高,它又会瞬间塌陷、破裂。就在这个破裂的瞬间,由于能量高度集中,并且伴随着极高的水流速度(据说可以达到每小时100公里以上!),会产生一个非常非常小的局部高温区域。科学家们通过精密仪器测量,发现这个瞬间的温度可以达到几千摄氏度!

好,现在我们来看看太阳表面。我们都知道太阳是个大火球,表面温度大概在5500摄氏度左右。所以,从数字上看,枪虾爆震产生的瞬间高温,确实可以和太阳表面温度掰掰手腕了!

但是!咱们得划个重点:“瞬间”和“局部”。

枪虾的这个几千摄氏度,是在那个极其微小的水泡破裂的瞬间,在那个极小的空间内爆发出来的。这股热量就像一道闪电,来得快去得也快,而且扩散范围非常非常小。它主要的目的是为了震晕或者杀死猎物,或者用来搬家、清理洞穴。

而太阳表面的温度,是它持续不断地进行核聚变反应产生的,那个热量是源源不断的,而且是以辐射的形式向四面八方传递,影响范围极其广阔。

所以,虽然数字上看起来差不多,但它们产生的机制、持续时间、影响范围,以及能量的性质,都是完全不同的。你可以想象一下,枪虾就像是瞬间打了一个超级响的“憋宝”,那个“响”的源头温度很高;而太阳就像是永远在燃烧的火焰,整个表面都是热的。

科学家们研究枪虾的这个能力,主要不是为了跟太阳比谁更热,而是为了了解这种生物物理现象的极限,以及如何在工程上复制这种高效的能量转换。比如在声学研究、流体力学模拟,甚至是一些能源技术领域,枪虾的这种“声纳爆震”都提供了很有趣的启发。

总而言之,枪虾那一下子的爆发力确实够惊人,那个瞬间的局部高温也足以让我们惊叹生物的智慧和自然的伟力,但它和太阳表面那种持续的、广阔的恒星热量,还是有本质上的区别的。你可以说,它在那个一瞬间,给出了一个非常令人印象深刻的“小太阳”般的表现,但它终究不是太阳。

网友意见

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你阿嬷家种的香蕉能放射出反粒子,信不信?

真事:

凡此种种,诸如像“枪虾放出的气泡能达到太阳的表面温度”之类的,乍看起来相当耸人听闻的知识其实倒不一定就是假的,但你确定它说的“温度”和你理解的温度一样吗?这里面能耍的花头可多了

80°C的水炖牛肉都炖烂了,100°C的桑拿房里一屋子老汉能待个把钟头(口嗨了抱歉,干蒸桑拿房一般也就80°C),这是粒子密度带来的差别

700°C的铅水能把香肠融了,800°C的铅水伸根指头进去毫发无损——只要你拿出来得够快(正常人都能达到这一速度,流言终结者曾经亲手做过实验),这是温度持续时间带来的差别

所以,“枪虾产生的气泡能达到太阳表面温度”的说法是怎么来的?

唔嗯,“空穴现象”(cavitation)的确是存在的:当物体表面的液体受到的压力急剧减小时,液体会瞬间蒸发形成气泡核,进而形成气泡;但气泡内的饱和蒸气压相较周围的液压太小,于是气泡马上就会被挤碎;当气泡最终被压成一个点时,液体相互碰撞,朝外发出一道冲击波,这便是空穴破坏力的由来了

快速旋转的螺旋桨表面也会形成空穴,这会侵蚀螺旋桨的叶片


枪虾叩击的高速摄影(右)及叩击时水压随时间演化的图像(左),曲线上选取的3个点在右图中对应3个特殊时刻。可以注意到气泡收缩至最小时压力达到峰值

不过目前有关文献研究的都是枪虾射击过程中的动力学模型,似乎没什么人关心这“太阳表面的高温”。事实上,提到这点的只有一篇2001年发表在nature上的一篇论文,而且文中对此事也就加了个引用一笔带过,本人怀疑论文作者就是想搞个大新闻而已(笑)

生物部分就此结束,下面进入物理环节




没有人真正测过虾泡泡的温度,这个4700°C高温的结论来自引用中的另一个研究:用超声波辐照金属盐溶液,使之产生声致发光现象并检测气泡内的温度

测温原理十分简单,就是我们中学接触过的焰色反应:特定金属的电子在受热后会进入激发态,并在回到基态时放出特定波长的光,其光强与加热温度相关联。该实验中的溶液使用硅油或辛醇作为溶剂,还要注入过饱和的稀有气体以及少量混合烃,很明显你不能指望有哪只地球原产的虾子能在这种环境里活着打一发手枪

忽略空穴本身的运动、化学反应、热传递、溶剂分子蒸气压以及热容比的变化,一个球形空穴坍缩时的内部温度 、球体半径 以及热容比 近似遵循以下方程:

从方程中可以看出,空穴内的温度将随着空穴的坍缩而急剧升高,而实验测得的温度数据看起来也非常夸张,达到了4700K(约4427°C)

计算结果中不同温度下的光强-波长曲线(a)及实验测出的光强-波长曲线(b),对应温度为4700K

但注意,这个实验中,触发空穴效应的是超声波,空穴产生的场所是一缸充满重金属离子和稀有气体的硅油或辛醇,和太平洋沿岸长着海葵和绿藻的潮间带完全不是一回事

结论:也许哪天,我们会发现枪虾的水铁炮的确有类似的效果,但现在这个“枪虾的气泡达到了太阳表面温度”的流言源头,不过是一场移花接木的把戏罢了


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