物理学家让颜料主动破解迷宫一向用脑解谜的我想不通

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撰文 七君

你能够在不必核算机辅佐的情况下，用最快的速度找到地图上两点间最短的途径吗？

在数学上，找到一切或许途径中的最短途径是一个比较困难的问题，因而这样的一个问题开展成了一个数学分支——图论。所以铁路规划什么的需求几百年的尽力。

可是，找到两点间的途径也并不是没有原始的办法。

咱们之前讲过，黏菌这种原始单细胞生物尽管没有大脑，可是却能够用几天的时刻找到人类用几百年时刻规划的铁路网（点我检查）。

单细胞生物黏菌解迷宫

今日咱们要介绍另一种找到最短途径的更快办法。这种办法不需求其他智能的帮忙，只需求一些简略的化学材料就能够了。

看，在迷宫出口和进口放上特定的化学材料，进口的颜料就能够自动找到走出迷宫的最短途径——

这是2013年，日本明治大学的数学家 Kohta Suzuno、匈牙利布达佩斯科技工业大学的物理学家 Istvan Lagzi 和科研同伙们规划出的办法。

他们运用的化学材料也没什么特别，一般化学试验室就有。出口放的是吸收了盐酸的海绵，进口放的是一般的颜料，迷宫里泡在碱和脂肪酸的混合液里。

假如你想自己在家做，他们的配方是这样的：

迷宫里是氢氧化钾溶液加上2-己基癸酸（2-HDA），没有2-己基癸酸也能够用油酸（如橄榄油）替代。颜料用的是酸碱指示剂苯酚红，咱们暂时叫它小姨妈。

那么，小姨妈为什么这么聪明，能自动找到出口呢？

其实，这靠的是一种很好吃的现象——马拉高尼流（Marangoni flow），马拉糕泥榴。

咱们其实都见过马拉糕泥榴，小时候玩的番笕船便是马拉糕泥榴动力的——

酒挂壁也是——

简略来说，在酒杯边际，当酒由于毛细效果爬到高处时，酒精蒸腾，那里的酒精浓度变低。可是呢，酒精的外表张力比水小，因而这个区域的外表张力就增加了。

越接近酒杯边际，外表张力越大，而液领会向外表张力更大的当地跑，所以酒杯中心的酒就被吸到边际。杯壁喝多了今后，酒又由于重力落下，构成挂壁。

所以告知你爸，酒挂壁真的没什么稀罕的，只能证明里边有水有酒，且酒精浓度高，但并不能证明它过期了几个世纪。

小姨妈找出口也是相同的道理。

放在出口的酸和迷宫里的碱发作反响，这波操作就发生了酸碱度的梯度，也便是说越接近出口的当地越酸。

可是呢，酸也会和脂肪酸2-HDA发作送子反响，质子的子。我们随意鉴赏一下送子的进程——

H+（没人管的质子）+ DA-（无籽脂肪酸） HDA（有籽脂肪酸）

这个无籽脂肪酸能够更好的下降外表张力，可是有籽的不可。所以越接近出口的当地，外表张力越大，马拉糕泥榴就发生了。

在迷宫外表，马拉糕能够招引小姨妈朝着更酸的当地，也便是出口处奔涌。在人眼看来，机敏的小姨妈找到了走出迷宫的最短途径。

这些研讨者发现，在他们的试验里，小姨妈粒子的活动速度是每秒1.3毫米。假如是上面这样简略的迷宫，只需几十秒就能够解开，比黏菌的核算速度快多了。

他们还制作了一个类似于城市的更杂乱的地图，测试了一下小姨妈的算速。像这么大的一个地图，大约60秒就能出成果。

用布达佩斯的地图核算两点间的最短道路，只需求60秒。

图片来自：(doi)10.1021/la5018467

耐性等候的话，终究小姨妈会把一切或许的出口途径都标出来。风趣的是，小姨妈的浓度和途径长度成反比，因而最短的途径看起来色彩最深。

这一切假如用核算机进行模仿的话，就要去解那个由于很难解而被克雷数学学院悬赏了百万美金的纳维-斯托克斯方程，老不划算了。

由于马拉糕是真的好用，这个研讨的作者 Istvan Lagzi 还想出了另一种用液滴解迷宫的办法——

这种解迷宫的办法也很简略。迷宫里泡着氢氧化钾溶液，出口放着吸饱了盐酸溶液的琼脂。

这样设置好今后，只需在迷宫进口方法一滴矿物油（或二氯甲烷）和2-己基癸酸的混合液，这个鬼魂液滴就能够自动走迷宫了。

被马拉糕又拖又拽的鬼魂红豆人的速度能够到达每秒10毫米，有时候也会由于惯性太大冲入过错的道路里。

当然，这儿的马拉糕泥榴也是使用上面的送子反响发生的。

2012年，中国科学院化学研讨所的研讨者们也使用马拉糕泥榴，做了一个硬核吃豆人。把这个固态水晶吃豆人放在迷宫进口，它就能自动找到出口——

想自己玩的小学生能够参阅他们的制作办法：把1.5%的海藻酸和0.2 mol/L的氯化钙混合，放一个小时后就能够做出水凝胶。

迷宫只需求泡在水里，在出口滴上酒精就设置完成了。马拉糕泥榴会引导着吃豆人找到出口。

其实，不少生物也选用马拉糕泥榴动力。

比方，体长和鼻毛差不多的昆虫尖钩宽黾蝽（Microvelia）就能活用外表张力，喷出肥油，制造出外表张力梯度，使用马拉糕泥榴推进自己行进。那种咬人特别疼的隐翅虫也会这招。

拉油动力的尖钩宽黾蝽 图片来自：(doi)10.1038/nature03995

在水里，尖钩宽黾蝽的最高车速能够到达每秒17厘米，是它们在陆地上的2倍。关于这种长得像鼠标，又能够自动调速的动物来说，陆地的灵敏度真的太低了。

遇事不决，量子力学；

高德坑你，马拉糕泥；

吊打百度，外表梯度；

路走不通，酸碱迷宫。

无标示图片来自网络。