1
00:00:06,738 --> 00:00:10,329
为什么盐可溶于水而油却不行呢？

2
00:00:10,329 --> 00:00:12,124
嗯，从一种角度来说，是化学作用，

3
00:00:12,124 --> 00:00:14,328
但是这并不很令人信服，不是吗？

4
00:00:14,328 --> 00:00:17,442
其实，盐可溶于水而油不能的原因

5
00:00:17,442 --> 00:00:19,152
可归结为一切事物与现象

6
00:00:19,152 --> 00:00:21,348
发生的两个根本原因：

7
00:00:21,348 --> 00:00:22,281
力能学

8
00:00:22,281 --> 00:00:23,489
和熵。

9
00:00:23,489 --> 00:00:25,322
力能学主要讨论

10
00:00:25,322 --> 00:00:28,203
物体之间的引力。

11
00:00:28,203 --> 00:00:31,155
当我们观察水中的盐或油时，

12
00:00:31,155 --> 00:00:34,152
我们会在一个非常微小的尺度内

13
00:00:34,152 --> 00:00:36,779
关注粒子之间的作用力，

14
00:00:36,779 --> 00:00:38,180
分子层级。

15
00:00:38,180 --> 00:00:39,898
这个尺度究竟有多微小呢？

16
00:00:39,898 --> 00:00:41,599
在一杯水里，

17
00:00:41,599 --> 00:00:43,110
分子的数量

18
00:00:43,110 --> 00:00:45,816
比宇宙中已知的星星数量还要大。

19
00:00:45,816 --> 00:00:49,448
现在，所有这些分子都在做匀速运动，

20
00:00:49,448 --> 00:00:52,460
移动、振动并且旋转。

21
00:00:52,460 --> 00:00:54,774
阻止了几乎所有的这些分子

22
00:00:54,774 --> 00:00:56,858
从杯子里面飞出去的

23
00:00:56,858 --> 00:01:00,270
是分子之间相吸引的相互作用力。

24
00:01:00,270 --> 00:01:01,230
在水与它自己之间，以及与其他物质之间

25
00:01:01,230 --> 00:01:04,482
相互作用力的力度

26
00:01:04,482 --> 00:01:07,733
就是我们所说的力能学的含义。

27
00:01:07,733 --> 00:01:09,874
你可以想象水分子

28
00:01:09,874 --> 00:01:11,419
在始终如一地舞蹈着，

29
00:01:11,419 --> 00:01:13,047
有点像那种

30
00:01:13,047 --> 00:01:16,501
经常且随机更换舞伴的方块舞。

31
00:01:16,501 --> 00:01:19,185
简言之，物质与水之间，

32
00:01:19,185 --> 00:01:20,676
那种平衡于它们破坏

33
00:01:20,676 --> 00:01:22,298
水分子之间的相互作用的程度

34
00:01:22,298 --> 00:01:24,881
的相互作用的能力，

35
00:01:24,881 --> 00:01:27,230
在解释为什么有些物质可溶于水，

36
00:01:27,230 --> 00:01:29,899
而另一些却不能时

37
00:01:29,899 --> 00:01:31,649
扮演着重要的角色。

38
00:01:32,048 --> 00:01:33,912
熵基本描述了

39
00:01:33,912 --> 00:01:36,631
建立在无规则运动基础上的

40
00:01:36,631 --> 00:01:38,503
物质与能量被组合的方式。

41
00:01:38,503 --> 00:01:41,200
例如，想象一个房间里的空气。

42
00:01:41,200 --> 00:01:44,062
想象一个空间里万亿个

43
00:01:44,062 --> 00:01:46,650
组成空气的分子

44
00:01:46,650 --> 00:01:48,131
所有可能的组合方式。

45
00:01:48,131 --> 00:01:49,167
其中一些组合方式

46
00:01:49,167 --> 00:01:52,163
可能会将所有的氧分子置放在这一边

47
00:01:52,163 --> 00:01:54,814
而将所有氮分子置放在那一边，

48
00:01:54,814 --> 00:01:55,855
使二者分离开来。

49
00:01:55,855 --> 00:01:58,230
然而，更多可能的方式

50
00:01:58,230 --> 00:02:01,230
是使这些分子彼此混合起来。

51
00:02:01,230 --> 00:02:03,481
因此，熵倾向于讨论“混合”。

52
00:02:03,481 --> 00:02:06,334
力能学则讨论引力。

53
00:02:06,334 --> 00:02:08,417
故而，如果引力存在，

54
00:02:08,417 --> 00:02:10,321
一部分组合方式的可能性

55
00:02:10,321 --> 00:02:11,500
便会被提高，

56
00:02:11,500 --> 00:02:13,780
也就是那些物体彼此吸引的方式。

57
00:02:13,780 --> 00:02:16,294
所以，决定所发生的现象的

58
00:02:16,294 --> 00:02:18,871
通常是这二者的平衡。

59
00:02:18,871 --> 00:02:20,285
在分子层级上，

60
00:02:20,285 --> 00:02:22,664
水是由水分子组成的，

61
00:02:22,664 --> 00:02:25,829
水分子由两个氢原子和一个氧原子构成。

62
00:02:25,829 --> 00:02:28,497
作为液态水，这些分子从事着

63
00:02:28,497 --> 00:02:30,831
恒定而随机的

64
00:02:30,831 --> 00:02:34,386
被称为“氢键网络”的“方块舞”。

65
00:02:34,386 --> 00:02:35,771
熵倾向保持

66
00:02:35,771 --> 00:02:38,018
这种“方块舞”一直进行。

67
00:02:38,018 --> 00:02:39,314
所有水分子

68
00:02:39,314 --> 00:02:41,142
被组合成“方块舞”的方式

69
00:02:41,142 --> 00:02:42,349
总是会更多，

70
00:02:42,349 --> 00:02:44,790
如果和水分子被组合成“排舞”的方式

71
00:02:44,790 --> 00:02:45,421
比较的话。

72
00:02:45,421 --> 00:02:47,781
因此，“方块舞”永恒地进行着。

73
00:02:47,781 --> 00:02:50,750
那么，当你把盐放进水里时会发生什么呢？

74
00:02:50,750 --> 00:02:52,748
嗯，在分子层级上，

75
00:02:52,748 --> 00:02:55,584
盐其实是由两种不同的离子构成的，

76
00:02:55,584 --> 00:02:57,838
氯离子和钠离子，

77
00:02:57,838 --> 00:03:00,082
它们就像砖墙一样被组合起来。

78
00:03:00,082 --> 00:03:01,502
它们以编队的形式作为一个大团体

79
00:03:01,502 --> 00:03:03,386
出现在舞会上

80
00:03:03,386 --> 00:03:05,040
并首先坐在了一边，

81
00:03:05,040 --> 00:03:07,431
害羞，并且有些不情愿去分离成

82
00:03:07,431 --> 00:03:10,272
单独的离子来加入这场舞会。

83
00:03:10,272 --> 00:03:12,456
但是这些腼腆的舞者

84
00:03:12,456 --> 00:03:15,009
暗地里却希望有人让它们加入。

85
00:03:15,009 --> 00:03:18,233
所以，当一个水分子偶然地碰到它们中的一个

86
00:03:18,233 --> 00:03:20,817
并且将它们推向舞会，远离它们的团体时，

87
00:03:20,817 --> 00:03:21,983
它们就会去。

88
00:03:21,983 --> 00:03:23,362
而且，只要它们加入了舞会，

89
00:03:23,362 --> 00:03:24,948
就不会再回来了。

90
00:03:24,948 --> 00:03:27,352
事实上，盐的加入

91
00:03:27,352 --> 00:03:29,412
使得“方块舞”的组合

92
00:03:29,412 --> 00:03:30,790
有了更多可能的形式，

93
00:03:30,790 --> 00:03:33,973
所以对它们来说与水共“舞”有好处。

94
00:03:35,156 --> 00:03:37,119
现在，我们来说说油。

95
00:03:37,119 --> 00:03:39,800
油分子对与水共“舞”

96
00:03:39,800 --> 00:03:40,887
还是有点感兴趣的，

97
00:03:40,887 --> 00:03:43,138
所以熵偏向于让它们加入舞会。

98
00:03:43,138 --> 00:03:45,193
而问题在于油分子

99
00:03:45,193 --> 00:03:47,471
都穿着巨大的长礼服，

100
00:03:47,471 --> 00:03:50,040
而且它们比水分子大得多。

101
00:03:50,040 --> 00:03:52,474
所以，当一个油分子加入舞会时，

102
00:03:52,474 --> 00:03:55,299
它的身量简直对舞会具有破坏性

103
00:03:55,299 --> 00:03:56,919
而且，水所从事的

104
00:03:56,919 --> 00:03:58,622
随机更换舞伴的行为，

105
00:03:58,622 --> 00:04:00,329
是舞会的一个重要部分。

106
00:04:00,329 --> 00:04:02,885
此外，它们也不是杰出的舞者。

107
00:04:02,885 --> 00:04:04,805
水分子试图让油分子

108
00:04:04,805 --> 00:04:06,464
参与到舞会当中来，

109
00:04:06,464 --> 00:04:08,890
但是它们总是碰到它们的礼服

110
00:04:08,890 --> 00:04:11,550
并且占掉了舞池里所有的空间。

111
00:04:11,550 --> 00:04:13,723
当油离开舞池时

112
00:04:13,723 --> 00:04:15,765
水跳舞的方式就多了许多，

113
00:04:15,765 --> 00:04:18,214
所以水把油挤了出去，

114
00:04:18,214 --> 00:04:20,803
把它推回了其他油分子一起坐着的长凳子上。

115
00:04:20,803 --> 00:04:22,887
不一会儿，当一大群油分子

116
00:04:22,887 --> 00:04:24,971
都被挤到一边时，

117
00:04:24,971 --> 00:04:27,280
它们就会聚到一起，并且遗憾地叹息

118
00:04:27,280 --> 00:04:29,455
水是多么的不公平

119
00:04:29,455 --> 00:04:31,408
然后粘在一起成为一个团体。

120
00:04:31,408 --> 00:04:32,746
因此，就是这种

121
00:04:32,746 --> 00:04:35,082
当分子在无规则运动时，它们之间

122
00:04:35,082 --> 00:04:37,472
的相互作用的结合

123
00:04:37,472 --> 00:04:38,890
以及对它们来说可能实现的构造

124
00:04:38,890 --> 00:04:41,216
决定了它们是否能够混合。

125
00:04:41,216 --> 00:04:43,637
换一句话说，油和水不能混合的原因

126
00:04:43,637 --> 00:04:47,217
就是因为它们组不成完美的舞伴。