摘要：我是物理学和生物物理学的教授，我的研究重点是了解同时具有液体和固体特性的柔软材料。物理学家称这些材料为软物质。在我的实验室里，我们研究了是什么让皮肤和鼻涕等生物材料变得柔软，以及我们如何创造具有相同迷人特性的仿生材料。我还主持了一个社交媒体频道 Physics

牧场酱是固体还是液体？一位物理学家解释说，简短的回答是两者都是......两者都不是。

（图片来源：Jack Andersen/Stone via Getty Images）

想象一下你正在吃晚饭。你试着在你的盘子里倒一些牧场酱，让你的蔬菜浸入其中。您将容器倒置，但什么都没有流出。看起来是实实在在的。

所以你上下摇晃瓶子，一大团调味品扑通一声掉出来，砸在你的盘子里。看起来像液体。

但是调料不会像牛奶或任何其他液体那样散布在盘子上。相反，它保持了一些形状，有点像你盘子里的蔬菜。看起来是实实在在的。

但是每次你把固体胡萝卜或芹菜放入调味料中时，它都会使团状的形状稍微变形。你甚至可以涂抹和散布斑点，但芹菜的形状和刚度不受这个游戏的影响。看起来像液体。

那么，牧场酱是液体还是固体呢？或者两者都不是？

我是物理学和生物物理学的教授，我的研究重点是了解同时具有液体和固体特性的柔软材料。物理学家称这些材料为软物质。在我的实验室里，我们研究了是什么让皮肤和鼻涕等生物材料变得柔软，以及我们如何创造具有相同迷人特性的仿生材料。我还主持了一个社交媒体频道 Physics Mama，我和我的两个儿子在这里询问和回答有关日常生活物理学的问题。

要弄清楚牧场酱汁是怎么回事，您需要了解物质的不同状态是什么以及每种状态的独特之处。“物质”只是“物质”的科学术语，它是由称为原子的微观构建块组成并具有质量的任何东西。

你可能在学校里学过，物质有三种状态：固体、液体和气体。想想冰块，一滩水和雾。也许您还了解了第四种状态，称为等离子体。

这些不同的状态是由构成物质的极小分子如何相互作用来定义的。这些分子非常小，以至于您无法用肉眼看到它们。但它们无形的相互作用决定了您所看到的材质的特性。

固体中的分子以某种方式相互物理连接，以防止它们相对于彼此移动。这就是使实体保持刚性并能够保持固定形状的原因。

另一方面，液体中的分子彼此之间没有连接。他们可以四处移动，从彼此身边滑过，混在一起。这种运动自由使液体能够呈现出它所处的任何容器的形状。

气体中的分子可以完全自由移动，而不会真正过多地撞击气体中的其他分子。像液体一样，气体会呈现出它所在的任何容器的形状，并且没有固定的形状。但与液体和固体不同的是，气体也可以改变它们的大小或体积。

等离子体类似于气体，但具有更多的能量。这种能量导致分子的带电部分（称为质子和电子）破裂。太阳和星星是等离子体的例子，使霓虹灯发光的材料也是如此。

虽然实体保持其形状，但它们并不完全坚硬。分子之间的连接就像微小的弹簧，这使得固体具有弹性。如果你推动固体，它会变形——但当你停止推动时，它会弹回原来的状态，有点像你在床上弹跳时的床垫。当然，这发生在分子水平上，所以你看不到它的发生。

尽管液体很容易改变形状，但由于液体分子在试图相互超越时会产生摩擦，它们确实会抵抗这种变化。这种摩擦称为粘度。蜂蜜或糖浆等液体比牛奶或水等液体粘稠得多，因此更难搅拌。想象一下，你试图在蜂蜜游泳池里游泳——美味但困难。

牧场酱实际上是被称为软物质的第五种物质状态。软物质可以同时具有液体和固体的特性，因此材料科学家表示它是粘弹性的——粘性和弹性的结合。软物质的其他常见例子包括酸奶、饼干面团、洗发水、牙膏、愚蠢的腻子、鼻涕、粘液和糖霜。

这些物质不是完全固体，也不是液体——它们两者兼而有之。你可以从瓶子里倒出洗发水，但如果你把一点放在手指之间并将它们拉开，它会在你的手指之间拉伸。饼干面团可以保持自己的形状，但如果你用力推它，它会变形并且不会反弹。

许多粘弹性材料表现出剪切稀化，这意味着它们的粘度随着搅动的次数的增加而降低。这就是为什么摇晃你的奶瓶牧场酱或番茄酱可以让你把它倒出来——即使在摇晃之前它太像固体了，不能离开瓶子。这也是为什么看起来相当固体且能够保持其形状的酸奶在快速搅拌时变得更像液体的原因。

柔软的材料也可能表现出剪切增稠——您试图使它们变形的力度越高，它们就会变得更加坚硬。这就是 Oobleck（一种玉米淀粉和水的简单混合物）的工作原理。你可以慢慢倒入它，然后用手浸入其中，就像任何其他液体一样，但如果你挤压它或摇晃它，它就会凝固。

这些柔软的材料同时具有液体和固体特性的原因是它们是由聚合物制成的：长链状分子。这些长链都缠在一起，就像一碗意大利面，所以它们有点连接，就像固体中的分子一样，但也有点自由地相互移动，就像液体中的分子一样。

大多数商店购买的牧场酱都含有黄原胶，这是一种天然聚合物，用于增稠和稳定许多食物。

因此，下次您尝试从瓶子中倒出牧场酱时，您可以想象黄原胶聚合物都相互缠结，使调味品像固体一样。当您摇晃瓶子时，您会解开聚合物，使它们相互滑动和流过，使调味料很容易从瓶子中流出并流到您的盘子上。

来源：采文科学乐园