漩涡

最新消息 10-24 阅读:351 评论:0
漩涡

本文转自大象公会旗下微信公众号:混乱博物馆(ID:chaosmuseum),作者:混乱博物馆chaosmuseum。


著名的日本漫画家伊藤润二有一部很著名的漫画,《漩涡》,这是一个典型的东方幻想故事,像聊斋志异一样,不可思议的事情就是没来由地发生了,这种不可理解强烈加深了故事中螺旋符号唤起的恐惧感。


但是对我们来说,故事中的漩涡事物本来就非常值得讨论,它既联系到我们曾经讲述过的故事,也带出了许多新的话题。



伊藤润二有一部很著名的漫画,《漩涡》,故事从男主角父亲对螺旋图案的痴迷开始,逐渐展开了黑涡镇上古老的漩涡诅咒——不可思议的事情无缘无故地发生,这是一场东方式的非严肃幻想,但要严肃地思考起其中的故事元素,我们就踏上了温故知新的旅程。


故事最先展现的漩涡是蜗牛的壳——我们刚好在往期节目里了解过它:等角螺旋是动点相对于定点的连线,以恒定的角度旋转离开时形成的螺线,能容下一个物体一边放大一边滑动,所以软体动物因生长而形成的外壳必定能构成等角螺线。


类似的,在粒子物理研究中常用一种气泡室:当带电粒子穿过装满液态氢的容器,就会将液态氢加热汽化沿着路径形成一连串的气泡——而如果给容器里加上平行的磁场,就能使粒子圆周运动,但粒子又在损失动量,这样的路径最终也将是等角螺线,我们可以据此轻松算出粒子的各项数据。


但随着故事发展,男主角的母亲患上了针对漩涡的特殊恐惧症,于是刺坏了自己的耳蜗——这个耳蜗就不是等角螺线了:我们也曾经讲述过,耳蜗中容纳着感受声音的基底膜等结构,它们的宽度变化非常微小,所以当耳蜗为了节省空间盘绕起来,它形成的螺线就更接近等速螺线。


空气和流水中的漩涡当然是更加重要的符号,它们贯穿了整个故事。漩涡,或者在流体力学中称为“涡旋”——也就是流体环绕某个轴旋转运动的区域。流体中的各种扰动都可能引发涡流——比如快速流动时形成的湍流(turbulence)就充满了各种尺寸的涡流,在暗礁多变的浅海,潮汐涨落经常出现巨大的持续性的漩涡——而且在没有外力的情况下,漩涡总是越靠近中心流速越快,液体的压强越低,也就意味着进入漩涡中的物体会受到指向中心的压力,越卷越深,因此自古以来就是船只航行的不安全因素。


当然我们更熟悉流体从一个缺口高速泻出时的涡旋,比如冷空气穿过热空气,使热空气急速上升形成的龙卷风;而东亚人更熟悉大尺度的气旋,比如热带海面受阳光照射产生的低压升腾而起,周围的空气由此填补过来,这种辐射运动的尺度相当大,足以受到地转偏向力的影响,由此形成了初始的扰动,随后水蒸汽凝结时释放的潜热又形成了持续的正反馈,就可能发展为巨大的气旋,乃至最后的台风。


而对于太阳系其它的气体巨星,比如木星,大气中不同方向的气流高速摩擦着,展现出了持续的开尔文-亥姆霍兹不稳定,在木星的云层中表现为数百个直径上千公里的漩涡,大红斑是其中最著名的一个,它已经存在了350年,长轴4万公里,短轴1.4万公里,足以容纳两三个地球进去了。


故事里最著名的一个场景,是女主角和同学长出了夸张而华丽的发卷,并为此勾心斗角——说起来,这是一件挺奇怪的事情,因为大多数哺乳动物的毛发都不会弯曲,唯独人类常常有高度蜷曲的毛发,在热带地区尤其明显,在临近非洲的欧洲也不乏大波浪的发质,而在亚洲和美洲就以直发占据了绝对的优势——一种理论是我们作为热带动物饱受上方直射的烈日,头发因此就在进化中变得蜷曲以屏蔽过量的炙烤和紫外线,同时也有数不清的声音在提出其它的看法。


无论如何,头发蜷曲在生长上与牛科动物弯曲的犄角一样,都是角蛋白在不同位置的积累速度不均匀的结果,所以卷发的横截面往往不是正圆形。另一方面,头发又是人类第三性别的重要因素,西方人从罗马时代就以精致蓬松的卷发为时尚,但直到1872年,人们才发明了永久的烫发技术:在湿热的还原氛围下,头发角蛋白中的二硫键断开,在其它位置上重新建立,最终改变了头发的整个形状。随着整个世界卷入西方建立的新秩序,将直发烫成卷也就风靡了东亚。


继卷发之后,伊藤润二还特别提及了惊奇盒中突然蹦出来的弹簧。在工程史上,螺旋形的弹簧是一个巧妙的设计,相比直弹簧,螺旋弹簧的形变分散于整个弹簧,将拉伸与压缩转变为扭曲,用更小的空间和更少的材料储存了更多的势能,同时大大降低了材料形变的风险——特别值得一提的是,机械表里还有一根螺旋的游丝,它的周期性摆动与擒纵结合起来,使发条弹簧中储存的能量在相当长的时间里一点一点地释放出来,这才有了指针的滴答作响。


当然,故事毕竟是故事,在这部三卷本的漫画里,还有着数不清的单纯幻想,而那才是艺术作品像漩涡一样引人入胜的地方。


本文转自大象公会旗下微信公众号:混乱博物馆(ID:chaosmuseum),作者:混乱博物馆chaosmuseum。


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