一张这样的迷宫图,在没有任何工具的辅助下找出从起点到终点最短的路径,你需要花多长时间?
是不是一下子把大家拉回了童年回忆
还记得当年的迷宫尺子、快速破冰之二人迷宫、惊悚电影之迷宫“阵法”吗……
其实,迷宫在人类世界已经有5000年的历史了。在每一个国度的不同时期,迷宫这种奇特的建筑,一直吸引着人们不断寻找真相。于是,省时省力的迷宫类小游戏应运而生。
在游戏里,迷宫的终点活任务点藏着各式各样谜题和宝藏,更设置了许多路障和凶猛的匪徒或生物。
事实上,找出迷宫最短路径并成功走出去,其实是一个相当复杂的数学问题,甚至可以算得上是一个独立分支——图论。
不过这个数学问题,可以用马尼拉效应轻松破解。
解迷宫也有科学小技巧
迷宫确实十分复杂,但有一种生物却特别擅长破解,那就是单细胞生物——黏菌。
曾经有个科研团队做了这样一个实验,他们先将日本的地形用光点标注出来,然后在几个重要地铁站上放一些食物,结果黏菌竟然能迅速形成一个网络,以最科学且最快的方法铺展开,取得了站点上的食物。黏菌花了26小时形成的网络,竟然和一组优秀工程师花几十年才设计出的东京地铁路线一模一样!
相信这时的你已经忍不住为黏菌鼓掌了,但实际上还有比黏菌“腿脚更快”的解密方式,那就是苯酚溶液。
2013年,日本明治大学和匈牙利布达佩斯科技工业大学组成的科研团队又发明出一种解密手段。
他们将整个迷宫泡在碱+脂肪酸的混合液中,在出口的位置放上吸饱了盐酸的海绵,并把酸碱指示剂苯酚红放在了入口,之后苯酚红就像如有神助似的以最短最快的步伐冲向了重点......
神奇的马拉高尼效应
苯酚红之所以能轻松找到出口,其实是有某些因素在引导苯酚红抵达目的地,也就是科学中所说的马拉高尼效应。
当液体液膜受到等相关因素的侵扰,某些部位就会有变薄的趋势。
这种情况下,液膜会在表面张力的梯度作用下形成水流,也就是马拉高尼流,促使液体沿最佳路线流回液面,这就是所谓的马拉高尼效应。
或许你觉得不太好理解,那我们举个简单的例子。我们经常通过是否“挂杯”来评判葡萄酒的好坏,这其实就是马拉高尼效应在“作祟”。
葡萄酒中的酒精,有着与水相比更低的表面张力和更高的挥发性,当葡萄酒倒进酒杯,杯壁上的酒精挥发,留下了有较高表面张力的水。
这时杯中既有水,也有酒精,从下至上形成了浓度梯度。
杯壁区对周围液体的拉力大于盛酒区,于是液体会被拉起,直到自身的重量大于作用在身上的力,就会掉下,这就是葡萄酒的眼泪!也就是“挂杯”。
回归正传,正因为研究者们在出口放的酸和迷宫里的碱发生了反应,迷宫中瞬间形成了酸碱梯度,距离出口越近,就会越酸。
这时,马拉高尼效应就可以驱使苯酚红朝着更酸的地方行走,轻松找到走出迷宫的最短路径。
通过计算,研究者们得知苯酚红粒子在走迷宫的时候,流动速度是1.3毫米/秒。
为了测试苯酚红的算速,研究者们又制作了一个更复杂的迷宫。
像下面这么大的地图,苯酚红只需要60秒就能走到出口。如果你耐心等待,还能看到苯酚红锲而不舍地把所有的出口路径都标记出来哦~
马拉高尼效应的力量确实不容小觑,于是借着这阵“东风”,研究者又突发奇想,他们将迷宫浸在氢氧化钾溶液中,又在出口堵上沾满盐酸溶液的琼脂。
仅需在入口滴上一滴矿物油+2-己基癸酸的混合液,就能轻松走出迷宫。这种混合液滴的速度可以达到每秒10毫米,但因着马拉高尼效应对它的“拔苗助长”,也会有因惯性太大冲进错误的路线的时候。
2012年,中科院化学研究所的研究者们也利用这一效应做了迷宫实验。他们把固态水凝胶放在迷宫入口,它就能自动找到出口。
如果大家还是将信将疑,想自己尝试一下实验的可行性,可以把1.5%的海藻酸和0.2 mol/L的氯化钙混合后放置一个小时制作成水凝胶,然后把迷宫泡在水里,将水凝胶放在入口,再滴点酒精在出口上,马拉高尼效应会引导水凝胶走出迷宫啦~
看似复杂的科学原理,其实正是迷宫的最优解法,如果大家也掌握了这种快速通过迷宫的办法,是不是就能在与小伙伴玩耍中战无不胜啦?