厨房里发生爆炸通常不是什么好事,不过有时候小小的爆炸能帮你烹制美食。干玉米粒含有多种营养成分(碳水化合物、蛋白质、铁和钾),但它们都被坚韧的外壳紧紧包裹在致密的种粒里。要得到这些营养成分,把玉米粒变成能吃的东西,你就得想点极端的法子,比如爆炸。幸运的是,玉米粒本身的特性决定了它很容易爆炸。昨天晚上我做了点爆米花。坚固强韧的外表下隐藏着柔软的内心,这样的发现总是令人欣喜。不过,玉米粒为什么会变成蓬松的爆米花,而没有直接把自己炸得粉身碎骨呢?
油烧热以后,我往平底锅里放了一把玉米粒,然后盖上锅盖,转身去烧水泡茶。屋外风暴肆虐,硕大的雨滴毫不留情地敲打着窗户。油里的玉米粒发出轻微的噼啪声,似乎一切平静,但事实上,平底锅里的好戏已经开场。每一粒玉米内部都有一个胚芽,它可以长成一棵新的植物,而胚乳则为新植物提供生长所需的养分。胚乳主要由淀粉颗粒组成,它的含水量大约是14%。玉米粒放进热油以后,胚乳内部的水开始蒸发变成气体。温度高的分子运动速度更快,所以玉米粒受热的时候,越来越多的水分子以蒸汽的形式在它内部左冲右突。从演化的角度来说,玉米粒种皮的主要作用是抵御外力侵袭,可是现在,它却不得不承受来自内部的暴乱。在这种情况下,种皮变成了一口迷你高压锅。变成蒸汽的水分子无处可去,所以种皮内部的气压越来越大。气体分子不断碰撞彼此和种皮,随着气体分子的数量和运动速度不断攀升,种皮承受的撞击力也越来越大。
高压锅用滚烫的蒸汽高效地烹制食物,玉米粒内部的小小高压锅也一样。就在我寻找茶包的时候,胚乳里的淀粉颗粒被烹制成了某种黏糊糊的加压凝胶,而且玉米粒内部的气压还在继续增大。种皮能够承受的压强是有限的,玉米粒内部温度上升到180℃时,内部气压差不多达到了标准大气压的10倍,凝胶看到了胜利的曙光。
我轻轻晃了晃平底锅,听到锅里传出第一声爆裂的闷响。几秒钟后,噼啪声就密集得像机枪开火一样了,跳动的爆米花顶得锅盖不断颤动。每一声爆响都让锅盖边缘冒出一缕蒸汽。我倒了杯茶,就在这短短几秒内,平底锅里的爆裂声变得更加激烈,锅边冒出的蒸汽此起彼伏,接连不断。
爆炸发生的瞬间,游戏规则变了。在此之前,困在种皮内部的水蒸气是出不来的,随着温度不断升高,蒸汽使种皮内部的气压不断增大。坚韧的种皮破裂的瞬间,种皮内部的物质立即暴露在外部环境的压强(标准大气压)下,这些物质的体积也不再受限。淀粉凝胶内部灼热的分子仍在左冲右突,但外面却再也没有什么东西束缚它。于是凝胶开始爆炸性膨胀,直至其内部和外部气压相等。致密的白色凝胶变成了蓬松的白色泡沫,整个玉米粒向外翻了过来,然后逐渐冷却固化。整个转化过程就此结束。
把爆米花倒出来以后,你总会发现几个没爆开的“伤兵”,焦黑的玉米粒悲伤地躺在锅底。如果种皮破损,高温蒸汽会直接逃逸,玉米粒内部无法积聚气压,自然就不会爆开。正因如此,玉米可以用来做爆米花,其他谷物却不行,因为它们的种皮上有细小的孔洞。如果玉米粒太干——比如收获的时机不对——导致种皮内部的水分不足以在蒸发后产生足够的压强,它也不会爆开。少了剧烈的爆炸,原来不能吃的玉米粒到最后还是不能吃。
我端着茶和这碗烹制完美的爆米花走到窗边遥望外面的风暴。破坏有时候也不是坏事。
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简单就是美,化繁为简的美更令人动容。在我看来,描述气体行为的定律就像视错觉的游戏,你以为自己看到了某样东西,可要是眨眨眼再看,它又会变成另一种截然不同的东西。
我们生活的世界由原子组成。这些微小的物质粒子拥有相似的结构:外层带负电的电子陪伴着内部带正电的沉重原子核,但不同的原子之间仍有区别。化学的故事讲的是电子如何按照量子世界的严密规则,让多个原子共担责任、改变阵形,以及支撑被俘获的原子核组成更大的模式:分子。
就在我敲下这些字时,在我呼吸的空气中,成对的氧原子(每对氧原子都是一个氧分子)正在以1500千米/小时的速度不断撞击以320千米/小时的速度运动的氮原子,也许还会撞上速度为1600千米/小时的水分子。不同的原子和分子在以不同的速度运动,这里的混乱与复杂超乎想象。每立方厘米空气中大约有30000000000000000000(3×10 19 )个分子,每个分子每秒大约会发生10亿次碰撞。面对这么复杂的问题,你可能会觉得最明智的做法是直接放弃,转而研究脑科手术、经济理论,或者干脆黑掉一台超级计算机——干什么不比这个简单呢?
那些研究气体运动的先驱当年根本不知道自己面对的到底是什么,不然他们可能根本没有勇气探索下去。无知也有无知的好处。19世纪初,人们还认为原子的概念不科学;直到1905年,人们才找到了原子存在的确切证据。而在1662年,罗伯特·波义耳(Robert Boyle) 和他的助手罗伯特·胡克(Robert Hooke) 只有玻璃器皿、水银、密闭容器里的空气和恰到好处的无知。他们发现,如果增大压强,容器内空气的体积会随之缩小。这就是波义耳定律:气体压强与体积成反比。一个世纪后,雅克·查理(Jacques Charles) 发现,气体的体积与温度成正比。温度升高至原来的2倍,气体体积也会膨胀至原来的2倍。这简直不可思议。复杂的原子运动怎么会遵循这么简洁明了的规律呢?