WEBVTT

00:00:06.738 --> 00:00:10.329
为什么盐可溶于水而油却不行呢？

00:00:10.329 --> 00:00:12.124
嗯，从一种角度来说，是化学作用，

00:00:12.124 --> 00:00:14.328
但是这并不很令人信服，不是吗？

00:00:14.328 --> 00:00:17.442
其实，盐可溶于水而油不能的原因

00:00:17.442 --> 00:00:19.152
可归结为一切事物与现象

00:00:19.152 --> 00:00:21.348
发生的两个根本原因：

00:00:21.348 --> 00:00:22.281
力能学

00:00:22.281 --> 00:00:23.489
和熵。

00:00:23.489 --> 00:00:25.322
力能学主要讨论

00:00:25.322 --> 00:00:28.203
物体之间的引力。

00:00:28.203 --> 00:00:31.155
当我们观察水中的盐或油时，

00:00:31.155 --> 00:00:34.152
我们会在一个非常微小的尺度内

00:00:34.152 --> 00:00:36.779
关注粒子之间的作用力，

00:00:36.779 --> 00:00:38.180
分子层级。

00:00:38.180 --> 00:00:39.898
这个尺度究竟有多微小呢？

00:00:39.898 --> 00:00:41.599
在一杯水里，

00:00:41.599 --> 00:00:43.110
分子的数量

00:00:43.110 --> 00:00:45.816
比宇宙中已知的星星数量还要大。

00:00:45.816 --> 00:00:49.448
现在，所有这些分子都在做匀速运动，

00:00:49.448 --> 00:00:52.460
移动、振动并且旋转。

00:00:52.460 --> 00:00:54.774
阻止了几乎所有的这些分子

00:00:54.774 --> 00:00:56.858
从杯子里面飞出去的

00:00:56.858 --> 00:01:00.270
是分子之间相吸引的相互作用力。

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

00:01:01.230 --> 00:01:04.482
相互作用力的力度

00:01:04.482 --> 00:01:07.733
就是我们所说的力能学的含义。

00:01:07.733 --> 00:01:09.874
你可以想象水分子

00:01:09.874 --> 00:01:11.419
在始终如一地舞蹈着，

00:01:11.419 --> 00:01:13.047
有点像那种

00:01:13.047 --> 00:01:16.501
经常且随机更换舞伴的方块舞。

00:01:16.501 --> 00:01:19.185
简言之，物质与水之间，

00:01:19.185 --> 00:01:20.676
那种平衡于它们破坏

00:01:20.676 --> 00:01:22.298
水分子之间的相互作用的程度

00:01:22.298 --> 00:01:24.881
的相互作用的能力，

00:01:24.881 --> 00:01:27.230
在解释为什么有些物质可溶于水，

00:01:27.230 --> 00:01:29.899
而另一些却不能时

00:01:29.899 --> 00:01:31.649
扮演着重要的角色。

00:01:32.048 --> 00:01:33.912
熵基本描述了

00:01:33.912 --> 00:01:36.631
建立在无规则运动基础上的

00:01:36.631 --> 00:01:38.503
物质与能量被组合的方式。

00:01:38.503 --> 00:01:41.200
例如，想象一个房间里的空气。

00:01:41.200 --> 00:01:44.062
想象一个空间里万亿个

00:01:44.062 --> 00:01:46.650
组成空气的分子

00:01:46.650 --> 00:01:48.131
所有可能的组合方式。

00:01:48.131 --> 00:01:49.167
其中一些组合方式

00:01:49.167 --> 00:01:52.163
可能会将所有的氧分子置放在这一边

00:01:52.163 --> 00:01:54.814
而将所有氮分子置放在那一边，

00:01:54.814 --> 00:01:55.855
使二者分离开来。

00:01:55.855 --> 00:01:58.230
然而，更多可能的方式

00:01:58.230 --> 00:02:01.230
是使这些分子彼此混合起来。

00:02:01.230 --> 00:02:03.481
因此，熵倾向于讨论“混合”。

00:02:03.481 --> 00:02:06.334
力能学则讨论引力。

00:02:06.334 --> 00:02:08.417
故而，如果引力存在，

00:02:08.417 --> 00:02:10.321
一部分组合方式的可能性

00:02:10.321 --> 00:02:11.500
便会被提高，

00:02:11.500 --> 00:02:13.780
也就是那些物体彼此吸引的方式。

00:02:13.780 --> 00:02:16.294
所以，决定所发生的现象的

00:02:16.294 --> 00:02:18.871
通常是这二者的平衡。

00:02:18.871 --> 00:02:20.285
在分子层级上，

00:02:20.285 --> 00:02:22.664
水是由水分子组成的，

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。

00:02:25.829 --> 00:02:28.497
作为液态水，这些分子从事着

00:02:28.497 --> 00:02:30.831
恒定而随机的

00:02:30.831 --> 00:02:34.386
被称为“氢键网络”的“方块舞”。

00:02:34.386 --> 00:02:35.771
熵倾向保持

00:02:35.771 --> 00:02:38.018
这种“方块舞”一直进行。

00:02:38.018 --> 00:02:39.314
所有水分子

00:02:39.314 --> 00:02:41.142
被组合成“方块舞”的方式

00:02:41.142 --> 00:02:42.349
总是会更多，

00:02:42.349 --> 00:02:44.790
如果和水分子被组合成“排舞”的方式

00:02:44.790 --> 00:02:45.421
比较的话。

00:02:45.421 --> 00:02:47.781
因此，“方块舞”永恒地进行着。

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？

00:02:50.750 --> 00:02:52.748
嗯，在分子层级上，

00:02:52.748 --> 00:02:55.584
盐其实是由两种不同的离子构成的，

00:02:55.584 --> 00:02:57.838
氯离子和钠离子，

00:02:57.838 --> 00:03:00.082
它们就像砖墙一样被组合起来。

00:03:00.082 --> 00:03:01.502
它们以编队的形式作为一个大团体

00:03:01.502 --> 00:03:03.386
出现在舞会上

00:03:03.386 --> 00:03:05.040
并首先坐在了一边，

00:03:05.040 --> 00:03:07.431
害羞，并且有些不情愿去分离成

00:03:07.431 --> 00:03:10.272
单独的离子来加入这场舞会。

00:03:10.272 --> 00:03:12.456
但是这些腼腆的舞者

00:03:12.456 --> 00:03:15.009
暗地里却希望有人让它们加入。

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

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，

00:03:20.817 --> 00:03:21.983
它们就会去。

00:03:21.983 --> 00:03:23.362
而且，只要它们加入了舞会，

00:03:23.362 --> 00:03:24.948
就不会再回来了。

00:03:24.948 --> 00:03:27.352
事实上，盐的加入

00:03:27.352 --> 00:03:29.412
使得“方块舞”的组合

00:03:29.412 --> 00:03:30.790
有了更多可能的形式，

00:03:30.790 --> 00:03:33.973
所以对它们来说与水共“舞”有好处。

00:03:35.156 --> 00:03:37.119
现在，我们来说说油。

00:03:37.119 --> 00:03:39.800
油分子对与水共“舞”

00:03:39.800 --> 00:03:40.887
还是有点感兴趣的，

00:03:40.887 --> 00:03:43.138
所以熵偏向于让它们加入舞会。

00:03:43.138 --> 00:03:45.193
而问题在于油分子

00:03:45.193 --> 00:03:47.471
都穿着巨大的长礼服，

00:03:47.471 --> 00:03:50.040
而且它们比水分子大得多。

00:03:50.040 --> 00:03:52.474
所以，当一个油分子加入舞会时，

00:03:52.474 --> 00:03:55.299
它的身量简直对舞会具有破坏性

00:03:55.299 --> 00:03:56.919
而且，水所从事的

00:03:56.919 --> 00:03:58.622
随机更换舞伴的行为，

00:03:58.622 --> 00:04:00.329
是舞会的一个重要部分。

00:04:00.329 --> 00:04:02.885
此外，它们也不是杰出的舞者。

00:04:02.885 --> 00:04:04.805
水分子试图让油分子

00:04:04.805 --> 00:04:06.464
参与到舞会当中来，

00:04:06.464 --> 00:04:08.890
但是它们总是碰到它们的礼服

00:04:08.890 --> 00:04:11.550
并且占掉了舞池里所有的空间。

00:04:11.550 --> 00:04:13.723
当油离开舞池时

00:04:13.723 --> 00:04:15.765
水跳舞的方式就多了许多，

00:04:15.765 --> 00:04:18.214
所以水把油挤了出去，

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。

00:04:20.803 --> 00:04:22.887
不一会儿，当一大群油分子

00:04:22.887 --> 00:04:24.971
都被挤到一边时，

00:04:24.971 --> 00:04:27.280
它们就会聚到一起，并且遗憾地叹息

00:04:27.280 --> 00:04:29.455
水是多么的不公平

00:04:29.455 --> 00:04:31.408
然后粘在一起成为一个团体。

00:04:31.408 --> 00:04:32.746
因此，就是这种

00:04:32.746 --> 00:04:35.082
当分子在无规则运动时，它们之间

00:04:35.082 --> 00:04:37.472
的相互作用的结合

00:04:37.472 --> 00:04:38.890
以及对它们来说可能实现的构造

00:04:38.890 --> 00:04:41.216
决定了它们是否能够混合。

00:04:41.216 --> 00:04:43.637
换一句话说，油和水不能混合的原因

00:04:43.637 --> 00:04:47.217
就是因为它们组不成完美的舞伴。