水中看「白洞」

實驗室里仿白洞

科學家有時候也很會玩的，能把很多科學現象玩出令人震驚的新花樣。這不，一些科學家正在實驗室里「仿製」白洞呢!

白洞是什麼?白洞可是宇宙中的一種怪異天體，它只會源源不斷地吐出物質和能量，它是一種與吞噬物質和能量的黑洞正好相反的天體。白洞也有個與黑洞類似的叫做視界的界線，視界之外的部分，人類能夠觀察到，視界之內的情況，人類不可能看到。但是白洞這種天體到底有沒有，科學家都不敢確定，也沒有觀察到它們的存在，所以關於白洞的怪異性質都是科學家想出來的。

科學家又如何能把白洞「仿製」出來?只見他們打開水槽上方的水龍頭，把水龍頭的水流調節到合適的流速後，他們讓你向水槽內看。你看到的只是水流在向四面流淌，最後從下水道流走了。你不知所以然，科學家讓你仔細看。於是你又凝神細看：水落到水槽內，水流向四面分散，圍繞落水部位有一片水層非常薄的區域，看上去像是一層水膜，這片水膜之外有一圈凸起的坎，水坎之外的水層則明顯增厚了。科學家向水槽的邊緣滴入一滴墨水，墨水只會混合到水坎之外的區域內，卻永不會進入水坎之內的區域。

這時，科學家又向水流落下的部位也滴入一滴墨水，雖然來自邊緣區域的墨水無法進入中心區域，這來自中心區域的墨水卻可以越過水坎，進入邊緣區域。在墨水的有色指示下，當水流流淌到水坎部位的時候，看上去像是突然升高，躍上水坎，之後與水坎中的水混到一起，又以較慢的速度向水坎之外的水槽邊緣區域流淌，直至落入下水道。

科學家不是「仿製」白洞嗎?白洞到底在哪裡?科學家說，那道水坎就是白洞的視界，只有水坎之內有水不斷流出，但水坎之外的水卻永不會穿過那道水坎進入內部，我們眼下俯視的水槽內的情況就是一種只會向外吐水，不會向內吸入物質的白洞。科學家這麼一解說，你也明白了，這確實是一種很像白洞的現象。

水槽內的這種現象，幾乎我們每個人都看到過，卻從沒有在意過。如今聽了科學家的解說，你也覺得很神奇了，為什麼水龍頭落下的水流動起來會如此奇特?

水流成坎的奧秘

其實1914年的時候，就有科學家注意到此現象：水落入水槽，向外流淌的過程中，為什麼會突然出現了一道水坎呢?

科學家把這種現象叫做「水躍」現象。他們發現，水流要想在水池內形成這麼一道水坎，水龍頭出水的速度不能太慢，必須水流達到一定速度後才會出現這種現象。

另外，不只是水槽內會有這種現象發生，在水壩、瀑布流淌的地方，也能看到水流瀉下的時候，速度很快，在水壩表面或岩層表面形成一層較薄的快速流淌的水流。但是就在水流即將傾入河面的時候，也會出現一道凸起的水坎，水坎之外水流速度明顯變慢了，水層厚度或深度也明顯增大了。

經過這些觀察，科學家認為，流速很快的水流與流速很慢的水流相撞一起的時候，應該就會形成一道水坎，慢速流動的水流就像障礙物一樣，把快速流動的水流阻住了，之後，水流的快速衝擊讓水位突然升高，於是就形成了一道水坎。就像河水碰到石頭會在石頭前升高一樣。水躍現象是水流在流淌過程中調節自己流速的一種現象。

水躍現象形成的水坎高度是可以計算出來的，它水坎內外的水流速度有關，這兩個速度差別越大，水坎就越高。

除了水流會有水躍現象外，其他液體或氣體流動的時候，也會有類似的水躍現象，看來這是流體流動的一種普遍現象。例如，空中有時會出現那種波浪狀的雲，這波浪其實就是兩股同方向運動的氣流相撞時，較快的氣流會向高處爬升，爬升時遇冷，水蒸氣冷凝，就形成了一道波浪狀的雲。

水躍現象對於工業上兩種流體在流動過程中如何混合均勻有指導意義，那道水坎就是兩種流體相互充分混合的區域。在河中，由於水流很快的區域磨蝕作用較大，水坎區域的水流是湍動的，磨蝕作用更大，了解水躍現象，也可以採取措施，保護河床，現在漂流娛樂運動也經常利用水躍現象來讓漂流更有趣，更刺激，讓漂流者體驗速度突然減慢，漂流筏突然升高的感覺。

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