熟悉中的迷人

17世纪好奇心的解放——当时人们可以对任何事情问任何问题——带来的乐趣之一，也是挑战之一，就是这些问题似乎没有尽头。这么说，我并不是说在一个尺度上解释一种现象会在一个更小的尺度上提出新的问题，就像我们从可见物质到原子和亚原子粒子，再到弦或量子引力。这当然会发生，但我们也发现，在日常生活中，化学仍然有很多东西可以解释。

在过去几十年里，凝聚态研究的一大亮点是，我们能想象到的困扰法拉第(Faraday)、开尔文(Kelvin)和瑞利(Rayleigh)等人的问题重新出现——从无序介质中的光散射，到颗粒材料中的自组织，再到咖啡污渍的扩散。这些话题经常重新浮出水面，因为仪器技术允许在以前无法达到的空间和时间尺度上进行研究。同样，新的概念工具可能会让问题以一种理论上易于处理的方式被框定，而以前只是“发生的事情”。例如，物理学现在可以解释粒状介质，而这种介质曾经被分配到工程师的领域，仅仅依靠经验法则就能解决。同样重要的是，这些问题虽然可以通过廉价的台式实验获得，但现在被认为与高能物理学家面临的问题一样具有智力上的重要性。

所有这些都适用于一个结合了视觉吸引力、概念微妙性和实际重要性的主题:液滴的行为，特别是液滴的撞击。令人惊讶的是，我们对雨滴落入水坑或落在挡风玻璃上所知甚少。喷墨打印为这个问题注入了一些紧迫性，但液滴相互作用也从气候科学、自清洁和超疏水表面以及微流体学中获得了荣誉。

其中最后一项重新激发了人们对莱顿弗罗斯特效应:液滴在热表面上的飞掠，液滴底部蒸发的气体使液滴悬浮。德国医生约翰·莱顿弗罗斯特(Johann Leidenfrost)在他的炼金术著作《A tract》(1756年)中关于普通水的一些性质的观察不仅是当前的话题，而且还有待全面解释，这是一件相当奇妙的发现。这些悬浮液滴的紧张不安的动画仍然看起来几乎是神奇的，特别是当通过控制其纹理来调节来自表面的热量传递时，液滴可以表现出爬坡或穿过迷宫等壮举。¹

但最令人惊讶的可能是那些飞溅的水滴，它们精致的几何形状。从那时起，这一点就很明显了阿瑟·沃辛顿第一个在19世纪70年代拍摄滴入牛奶的高速照片，这是一个复杂的事件，它以有趣而美丽的方式打破了系统的圆形对称性。我怀疑，沃辛顿被海军雇佣来理解流体中的影响，是出于世俗的原因，被它的神奇所诱惑。²

这种隐藏的秩序似乎甚至超出了今天相机的拍摄范围。但如果数值模拟是一个很好的指导，那么液滴和它所落入的液体之间的界面似乎可以被修饰成一个辉煌的分形状微观漩涡:^3.一个所谓的von Kármán涡旋街，就像在行星尺度上环绕木星的气体带中看到的那样。

即使是表面上显而易见的问题——为什么一滴水滴在固体表面上可能会或不会产生不规则的飞溅——这是喷墨打印、农药扩散和其他工业过程中的一个重要问题——也只是刚刚被解开。⁴在这里，高速视频显示了这是一个多么复杂和多因素的问题。流体以径向薄片的形式向侧面喷射，但如果它在地面上的“飞行”受到下方气体的空气动力升力的维持，它只会分解并喷出少量的次级液滴。这个标准包含了许多参数的串联:撞击速度、液体粘度、气体压力等等。令人惊讶的是，这个中尺度的过程，包括从微米到毫米的长度尺度，也取决于一个分子尺度的参数:环境气体中分子的平均自由路径。因此，这是一个每天都在发生的熟悉的过程(不仅仅是在英国的夏天)，然而只有深入到相关的分子物理学中才能理解。