2004年初,一位名叫布莱恩·格蒂芬格的学生正在为雅典奥运会美国代表队的选拔赛而刻苦训练。他擅长的项目是100米蝶泳。咕嘟咕嘟的泳池里,总会冒出一大堆在游泳运动中会运用到的流体力学问题。我们知道,一位泳者在海水中会比在淡水中游得更快,因为他的身体在密度更大的液体中会产生更大的浮力。但是如果我们不仅增加这种液体的密度,还同时增加它的黏稠度,结果将会如何呢?换句话说,我们在水中游得快还是在糖浆中游得快呢?专家们被问住了,直拍脑袋。一些人推测,黏稠度增加,阻力也会增加,运动员的前进速度会减慢。另一些人则推测,恰恰相反,运动员向前的推进力会因此变得更高效,他会比在水中游得更快。第三种看法则是运动员在两种液体中的游泳速度是一样的。
为了解开谜题,布莱恩·格蒂芬格和他在明尼苏达大学的化学老师爱德华·库斯勒提出了一个极具实用性且叫人无法拒绝的建议:做实验呗。而他们在几个月后发表于《美国化学工程师协会期刊》(Journal of American Institute of Chemical Engineers)上的论文则让他们光荣地进入不正经科学的万神殿中。为了实验,他们先找到了310千克的胍胶,这是一种榨取自豆科植物的天然聚合物,主要用于提高酱汁、冰激凌和洗发水等产品的黏稠度。他们的目标,是把角落里的游泳池变成一大碗果冻。
还必须取得相关部门的许可,要让他们放心:不会的啦,糖浆当然不会黏住或者堵塞城市的管道系统和下水道。结果用塞子塞了整整22次之后,两个人终于可以开始实验了。首先,他们将胍胶倒入水中,然后把这二者的混合液体倒进25米长的泳池。接下来,3个水泵要同时工作36个小时,以确保将两种液体混合均匀。最终得到的是一种绿不啦唧的液体,它的黏稠度是水的两倍(但密度相同)。爱德华·库斯勒用一个充满诗意的画面总结道:“它稠得跟鼻涕似的。”
接着,要找到愿意在这种液体中扑腾几下的志愿者,然后再将他们在这种状况下的运动成绩和在正常的消毒氯水中的成绩做个对比。一共有10位竞赛型泳者和6位周末型泳者同意“黏游”一回——“黏游”是我们专门为这个实验发明的动词。志愿者需要分别游几次,每次距离不同,实验设计者会分别计时,并记下他们的游泳动作,当然也不会忘了帮他们洗澡。自由泳、蝶泳、仰泳、蛙泳都用上了。最终审判结果是:志愿者在水中比在糖浆中游得更快。
而这个结果也再次让人们想起了17世纪的一场大辩论。这个辩论的主题是在弹道学中投射物的运动速度同它所穿过的空气阻力之间的关系。而在泳者的例子中,因为人拥有一种内在的动力系统,因此在黏稠度虽然不同但非常相近的液体中游泳,他的运动速度并不会受到太大影响:阻力的确增加了,但随之运动员的运动效率也增加了。研究人员计算之后得出结论,为了使泳者速度减慢,必须把他浸在一种黏稠度比水高很多,接近蜂蜜的液体中。
这个实验过后,他们接下来要做的就是验证自行车运动员在腌酸菜(法国北方名菜)中蹬自行车是不是像他们说的那么累。