据国外媒体报道,世界上有很多柔软的东西:猫毛、婴儿皮肤、专业水洗毛衣。如果有一个宇宙通用的软度指南,把宇宙万物按照软度排序,那么以上三点肯定是走在前列的。当然,这个软度指南很难收集,因为事物的软度部分是主观衡量的。你需要建立一个软度评估团队来分析一切,并使用一些公平/统计的方法来平衡他们的结果。我们来采访几位材料科学家,看看他们是如何从自己的角度来评价和权衡世界上最柔软的东西的。
查尔斯·德宏是特拉华大学材料科学和生物医学工程副教授。
“软物体的决定因素是材质质感和体积形状”。
人们会认为,找到让我们感受到的“最柔软的东西”似乎很容易。可以在五金店买到各种“软料”。也许你会从橡胶开始,然后棉花糖和泡沫。但这种方法的问题是,人们很难确定事物的柔软程度。实际上,你可以用同一种物质制作两种不同的物体,它们的形状决定了纹理是硬还是软。比如人的头发很软,但是是角蛋白做的,和人的指甲、犀牛角里含有的物质是一样的。设计软物件和材料有关,但也有一些微妙之处。
最近我们发现人类并不是感知单一的物质属性,而是基于两种物理线索的结合来判断物质的柔软度。这些物理线索一部分是由物质属性决定的,一部分是由物体的形状决定的。当人触摸一个物体时,会出现两种情况:一种是手指按压物体,手指会有反应弹性;另一种情况是,物体会扩大与你皮肤的接触面积。手指压力和接触面积的结合,可以形成人对物体柔软的物理基础。所以当人触摸一个物体,在物体表面形成一个很大的压痕,或者扩大皮肤接触面积,就会觉得物体“很软”。对物体柔软度的感知不仅由材料的物理性质决定,还与人脑的信息处理有关。
我们对这些基础研究揭示的可能性和可能的错觉很感兴趣。同时,我们相信人有很多方法可以找到触摸的极限,例如,我们接触到最柔软和最坚硬的物体。这说明控制物体软度的方法有很多,未来可能会应用到虚拟现实领域。同时,该领域的研究将有助于我们揭示大脑是如何处理和合成触觉信息的。
安东尼·罗雷特,卡内基梅隆大学材料科学与工程系教授。
“大多数情况下,柔软度通常与隔热性能好的物体有关。例如,毯子经常让人感到柔软,部分原因是因为它们的体力反应。”
当我们谈论物体的柔软度时,我们通常从“柔软度”这个词开始。通常,当人们用手指按压柔软的物体时,很容易弯曲变形。换句话说,你可以不用太大的力就能改变柔软物体的形状。这是工程师对软度的定义,但其意义远不止于此,因为“软度”不仅仅是一种感觉,更是一个工程概念。
还有其他方法可以让人在触摸物体时感到柔软,而不是完全不受物体弯曲或变形程度的影响。物体柔软性的另一个方面是它如何处理热量,或者说它是如何隔热的。人们会以不同的方式进行测试。但大多数情况下,柔软度通常与保温性能好的物体有关。例如,毯子经常让人感到柔软,部分原因是因为它们的物理力反应。但部分原因是它们不容易传热或导热。不过大部分凝胶感觉有点湿,人们也不把它和柔软联系在一起,即使它质地柔软。
所以我觉得羽绒被可能是最柔软的东西之一,部分原因是它的结构是多尺度的,我猜多尺度的物体也是最柔软的物体之一,或者说这种材料让人感觉很柔软。人们可以用一些柔软的材料制作地毯,但除非地毯是用羊毛编织的,否则很容易塌陷,不再有柔软的触感。但是羽绒被的多尺度结构会给皮肤一些特别的感觉,因为不容易导热,会有一种温暖的感觉,让人想到柔软。
美国哥伦比亚大学天文学家和天文学外联专家亚娜·格·塞维克
“软物质不限于地球。我们已经观察到一些被称为‘超级蓬松行星’的奇怪行星。”
曾经有人问我:世界上最柔软的材料是什么?这个问题太局限了。冒昧问一个问题:哪个星球最蓬松柔软?
到目前为止,我们已经观察到了4000多颗围绕其他恒星运行的行星,但实际上,这些系外行星只是宇宙中行星数量的冰山一角。仅银河系就有数千亿颗行星需要人类去发现。之前我们发现了一些类似地球的岩石行星,一些有“两个太阳”的神秘行星,还有一些被熔岩完全覆盖的行星。同时我们也发现了一些奇怪的“软行星”,是超级蓬松的系外行星。
任何一颗系外行星反射或释放的光都太弱,我们无法观察到它的光与它在恒星周围发出的耀眼的光相比。相反,从我们的角度观察恒星前方的轨道时,系外行星的存在“阻挡”了恒星的光线,这就是所谓的“凌日现象”。天文学家可以通过观察恒星的光被行星阻挡的程度来判断行星的直径。另外,通常另一种方式,我们可以得到它的质量。
就轨道而言,行星引力对主星有一定的牵引作用。由于多普勒频移,行星对主星有规律的引力拖曳形成一定的轨道特征,恒星光的颜色发生微小变化。行星的引力拖曳强度与其质量密切相关,行星的密度可以从质量和体积的结合来推断。那些密度极低的行星只有接近水密度的十分之一,这样的行星被称为“超级蓬松行星”。它们的体积非常接近木星,但质量只有木星的1%。
地球上长满苔藓的山丘和海滩可能很柔软,但奇怪的是,超级蓬松的星球由于密度极低,表面几乎没有柔软的区域。一个中学生做的简单实验,会告诉我们日常生活中事物的密度——是下沉还是漂浮?岩石比水密度大得多,所以它会沉入水中。相反,冰的密度较小,会浮在水面上。在我们的太阳系里,土星的密度比水的密度低,所以人们可以把它想象成一个“浮在水面上”的物体,但是外膨胀行星的密度甚至比冰的密度还要小,更接近聚苯乙烯或者棉花糖的密度!
就像气泡在水中从底部上升到顶部一样,由氢和氦组成的行星的密度比岩石行星低得多。土星的密度略高于它的气体密度,因为上层大气的引力压缩了下层大气,所以有密度接近棉花糖的系外行星。天文学家对此感到震惊:太不可思议了,它怎么能在自身质量下不被压缩到更高的密度呢?
虽然专家们提出了一些理论观点,但超级蓬松行星的谜团并没有解开。他们猜测超级蓬松行星的大气层被恒星加热,使其蓬松。随着时间的推移,气体可以脱离行星引力,逃逸到Tai 空。也许是从行星高层大气逃逸的尘埃导致科学家误判了这些行星的体积,或者我们关于行星密度的假设是错误的。我们真正观察到的是带有不透明环的行星,它阻挡了来自主恒星的光线,从而导致我们对它们体积的真实判断。幸运的是,天文学家计划发现更多超级蓬松的行星,测量它们是如何形成和演化的,了解超级蓬松行星的“柔软度”。
约翰·海斯,宾夕法尼亚州立大学感官评估中心副教授。
“对于冰淇淋的柔软性,它是可融化性和力量的结合。需要用小勺挖才能感知冰淇淋的柔软度和融化程度;对于t恤来说,感知的柔软度是指我们的指尖在面料上滑动产生的摩擦力,也可能是压缩力和弯曲力的某种作用。”
软度本质上是一种感知,是大脑意识产生的,也就是说只能靠人的评价来衡量。对于任何人类的感官系统,都有检测限,最高和最低值。超出这些极限,我们就分辨不出感知的不同,哪怕是一台机器,一台仪器。大家可以想想玻璃和DIA的硬度。当人们用指尖触摸它们时,它们对人体皮肤的压力是相似的,所以我们不能直接区分它们的压力。
当然,用人类的感知来衡量事物是非常困难的。所以人们在使用软语的时候,在不同的语境下会有很大的差异。比如这个冰淇淋比那个冰淇淋软,这个t恤比那个t恤软。对于冰淇淋的柔软度,是可融性和作用力的结合,要用小勺挖才能感知冰淇淋的柔软度和融化程度;至于t恤,人们感知的柔软度是指我们的指尖在面料上滑动产生的摩擦力,也可能是压缩和弯曲力的作用。心理物理学作为实验心理学的一个分支,对人类感知到的事物的柔软度进行了150多年的研究,并研究了如何更好地测量这种柔软度。
这种细微的差别对于消费者对产品的认知和接受是非常重要的。例如,当人们在商店里看到一件连帽衫时,他们通常做的第一件事就是触摸衣服,感受连帽衫的柔软。如果这件衣服不是特别柔软舒适,他会继续寻找,所以理解和衡量复杂的感情与商品经济有很大的相关性。人们每天吃的许多食物和消费品都是通过感官来分析的。同时,科学家基于传统和应用心理物理学对这些感官进行量化评估,为消费者提供合理建议。
大卫·尼达姆是杜克大学机械工程和材料科学教授。
"细胞膜是已知的最柔软的功能物质之一."
首先,什么是柔软?1962年,弗朗西斯·克里克和吉姆·沃森因发现核酸的分子结构及其在生物材料信息传递中的意义而获得1962年生理学或医学奖。沃森指出,如果你想了解抑郁症,你应该研究幸福。同样,要想知道事物的柔软度,首先要分析硬度。
所以,柔软只是硬度的一个较低层次吗?从工程角度来看,硬度是通过材料对外力或应力的响应来测量的。目前有几种标准的硬度标度,如莫氏硬度标度。根据这个定义,它由10种矿物质组成,按硬度增加的顺序排列。
人们日常生活中有很多非常柔软的材料,比如羊毛纤维、棉球、果冻、羽毛或者又薄又软的磁带,但是到底有哪种柔软的材料可以支撑生命呢?
细胞膜是已知最柔软的功能物质之一。它分布在地球上的每个细胞中。在我过去40年的研究中,我们研究了磷脂细胞膜。事实上,这种细胞膜存在于地球上的每一个细胞中。细胞膜是由脂双层分子组成的,厚度只有两个分子。利用玻璃微管的特殊珠技术,可以在含有水溶液的显微镜室内测量细胞膜的柔软度。我们可以施加非常温和的吹气和吸气压力,然后真正测量细胞膜的柔软度。在这种情况下,柔软度是拉伸和弯曲细胞膜的必要条件。
专家指出,细胞膜的柔软度介于液体和空气体之间。液体有多软?空气有多软?
用手指蘸一杯温水,轻轻搅拌,是什么感觉?当你的手指在空空气中摆动,不触碰任何东西,这就是人感受空空气的“柔软”。
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