小小茶叶,谁主沉浮
引子:
逢年过节,总要改善生活。Dr. Who说,我改善的不是生活,是寂寞……我们有越来越多的小长假、大长假、年假、事假、病假、婚假、例假。放假免不了各种饕餮。吃得开心,也要注意解解腻,消消食,多饮几杯茶水清肠胃。手捧清茶闲聊,有一哥们喝出了新发现。
问:泡茶的时候有些茶叶浮在水面上,为什么咬一口再吐回去就沉底了?(牛奶小强)
“hbchendl”的热闹答案
小小茶叶,谁主沉浮?密度!
这个沉浮不定的问题实际上问了两件事情,一是泡在水里的茶叶在什么情况下会浮在上面?什么情况下会沉下去?二是为什么把浮在上面的茶叶咬一下或嚼一下它就能沉下去了?
前一个问题比后一个问题容易分析一些,因为嚼一下茶叶这个动作引起的变化有点多,情况复杂一点。我们还是一层层来剥这颗“松子壳”吧。
我们从茶叶被开水冲泡几秒钟,等水流静止下来后开始。此时,吸附在茶叶上的大个可见的气泡已经跑出,一部分茶叶已经沉底,而水面上还漂浮着少量茶叶。
泡在水里的茶叶密度处于变化的状态,但这个密度变化非常小。仔细观察一下杯中茶叶的位置:半浮在上面的,在水面之下叶片整体还是浸在水里的。而沉在下面的茶叶有一些是立着的,并不是重心最低的平躺状态。另一个现象是,浮在上面的茶叶过一段时间将开始下沉。它下沉的速度很慢,有时还会重新浮上来一下。这些现象说明,茶叶的密度与水的密度相差得很小。
另一个容易被忽视的因素是水的密度。杯子里的热水,密度并不是均匀的,杯底部与桌面接触散热快,温度会低一点,而低温的水密度大,所以水的密度是上面小下面大。这样就形成了一个密度梯度(玩过细胞生物的人也许对梯度离心这个技术有印象),这个微小的密度梯度使得茶叶的微小密度变化表现在它的沉浮上。
下面该看看茶叶的密度是怎么变化的了。干燥的茶叶比水轻很多,在泡入水里之后,水分透过叶面的细胞壁进入叶子里的细胞,湿透的茶叶密度增加。我们直观的观察就是茶叶被水浸湿、膨胀。那么微观的机理是什么呢?是细胞的渗透吧?低盐度的水透过细胞壁向高盐度的细胞内渗透,很容易想到的是细胞里的空隙被水充满;但不容易理解的是,空隙中的“气体”哪去了?我这样问的原因是,仔细观察将要下沉与正在下沉的茶叶,它并没有释放出气泡来。冲茶时出现的气泡是刚冲入开水时茶叶表面的大气泡一个个冒出来,几秒钟之后再观察,浮在上面的茶叶并不会往外冒气泡,它们是安安静静地沉下去的。据此,我们应该认为水只是填充了细胞里的空隙,并且溶解了里面干燥的细胞质,使得细胞膨胀起来。这个过程与密度相关的因素是:第一,水分填充了细胞内的空隙,导致细胞密度增加;第二,溶解了细胞质的水的密度比纯水大。要注意这两点导致的密度变化虽然实际上是很小的,但也足以使茶叶沉到下面去。
还有一些因素要考虑:高温的水能加速茶叶吸收水分。冷水也一样能把茶叶泡到杯底去,只是需要很长的时间。泡茶时盖个盖子能加速浸泡速度,这里除了保温的因素以外,盖子能增加水面上方空气的湿度与温度,也使水分加快进入浮在上面的茶叶。
最后该看看嚼一下半湿不干的茶叶会起到什么作用了。这个动作会压破一部分细胞壁,让水分能更顺利地进入茶叶细胞内,仅此而已。其作用大小,取决于嚼的力度与方式。用门牙咬一下与用后槽牙嚼一下的效果是不同的。在这个过程中,口腔黏膜与茶叶表面的摩擦会对叶片表面进行清理,这也能起到一点作用。
有人观察到放在暗处的茶水中,茶叶下沉的速度加快。不知他是怎么操作的,分析其中原因,应该是遮光的同时也挡住了热辐射,使水温下降得慢,因此叶片吸水更快一点。如果遮光的罩子很小,还会有阻止热对流与保持小环境湿度的作用。
另有一个实验可供参考:用纸片代替茶叶观察其沉浮情况。柔软的面巾纸在热水中迅速浸透,然后下沉;报纸也能下沉。从烟盒上撕下来的纸就没那么好对付了,在水面上能浮很长时间,不过泡一会后捞出来挤一下再扔回去,它也会沉下去。
茶叶沉浮辩论赛
天下风云出我辈,一入江湖岁月催。茶叶问题众说纷纭,“江湖”被小小茶叶搅乱了宁静。于是,Dr.Who召开了一场别开生面的“茶叶沉浮辩论赛”,诚邀各界高手前来比试一番。
一声锣响,辩论赛开始了……
正方:hbchendl,八爪鱼
反方:Lewind,云无心
正方:hbchendl
这小小的茶叶片似乎仍然处于沉浮不定的状态,它的沉浮到底是气体在作怪,还是密度在里面捣乱?似乎大家还没有达到和谐。
仔细阅读大家的发言,我依然认为茶叶的沉浮是由其密度决定的。不是表面或者内部的气泡所致,也不是表面有拒水的结构所致。其根据有二:一是当把热水冲入杯中时,仍漂浮在上面的茶叶是浸没在水里的,没有露出水面。二是茶叶在下沉之前与下沉过程中,并没有释放出气泡。水面上的气泡是冲水时从茶叶的皱折中排出的,一旦杯里的水静止下来(这个过程仅几秒钟),就不再有新的气泡出现,原来的气泡也很快消失。事实上,高级的茶叶是不泛白沫的,这显得茶叶有点脏。
认为茶叶内或者表面有气体的观点,缺乏事实根据.因为我们看不见茶叶叶面上黏着气泡,也看不见茶叶往外冒气泡,就只能假设这气体很少,或者是溶解到水里了,所以会看不见,这两种假设都不成立。
气泡的浮力大小取决于它的体积,如果它的体积小到看不见,那它的浮力不也就小到没有了吗?我们可以计算一下,一立方毫米水的质量是1毫克,一个能看见的直径约1毫米的气泡浮力差不多是这个数量级。如果气泡的直径小到了0.1毫米,它的浮力就降到了1微克了。这差不多是我们肉眼能见的小气泡的极限了吧?想想看,连1微克浮力的气泡都没有,这点气体对茶叶的浮力还能有多少呢?
气体溶解于水的可能性也很小。原因是我们用的是开水,气体在开水中的溶解度太小了,以至于烧开过的水不能用于养鱼。开水中,原来溶解的气体都释放出去了,哪里还能再去溶
解茶叶里的气体?
所以,认为漂在水面上的茶叶内部或表面有气泡的观点有违观察到的事实。茶叶是经过高温加工过的叶片,里面的水分被排出后,并没有气体填充其空隙,而是皱缩起来。茶叶的表面经过高湿处理,原有的隔水层也会受到破坏,这正是制作茶叶的目的,所以茶叶成品的表面不太可能会有拒水的结构。事实上茶叶是吸水的,别忘了茶叶的主要作用就是要让叶片内的物质渗出到茶水去。如果它的表面拒水,外面的水进不去,里面的物质渗不出来,那它就不是茶叶了。
有一种情况下,表面拒水的效果是存在的,那就是用不热的水泡茶。这时候我们可以看见大量的茶叶片浮在水面上方,它们露在水面的上面,没有被浸湿。如果茶叶片很少,我们还可以观察到茶叶片周围的水面被压下形成一个凹面形状,这是表面拒水的表现。但这只是因为冷水的浸透作用不强,时间长一点,叶片还是会被浸湿、下沉的。牵强一点可以说,茶叶表面有拒冷水的结构,但它经不起热水的浸泡。
这个现象实际上支持了我的观点,茶叶本身的密度小于水,在冲茶过程中,茶叶会吸水,吸饱水,茶叶的密度就大于水了,就沉下去了。茶叶吸水的速度与水温高度相关,热水中茶叶吸水的速度很大。但由于茶叶片本身的个体差异,会有一部分茶叶吸水速度快,早早地沉下去了;另一部分吸水速度慢些,能在水面上多坚持一会。
我认为茶叶表面有拒水结构的观点解释不了为什么会有很多茶叶会早早沉下去,只剩下少量茶叶还浮在上面。
反方:Lewind
Dr. Who开辩论赛,要“提供更多的证据支持自己的观点”,还要“驳斥别人的观点”。两件事都有点麻烦。自己觉得我的观点已经说得比较透了,一时还真找不到更多的证据。而要“驳斥”别人的观点,就得先把别人的观点看懂吃透。我可能骨子里是个懒人,不得不逼着自己把正方的观点读了一遍又一遍,但愿没有曲解谁的意思。
其实,我们都知道一个关于浮沉问题最好的模型,那就是潜水艇。
如果我们认为潜艇的体积(含水箱的全体积在内)不变,那么在海水进出水箱时,发生变化的是潜艇的整体质量(含箱内的海水),从而导致其平均密度发生改变。
如果我们认为潜艇的质量(艇及所携气体)是不变的,那么海水进出水箱时,发生变化的是潜艇占据的体积(含气体的体积),从而导致其平均密度发生改变。
正是平均密度的改变导致了潜艇的沉与浮。无论上述哪种理解,都能得出正确的结论。
茶叶的问题同理,也是密度改变的问题。
hbchendl谈的是密度问题,其实我谈的也是密度问题。hbchendl所说的“表面问题”是连硬币都能实现的水上漂浮,这是水的表面张力造成的,不是我们要讨论的。
我认为,茶叶其实就是一艘潜水艇。无论是参与讨论的朋友提出的“卷曲的空洞”(来自谢颖),还是“叶脉”(来自Albert_JIAO),或者“海绵组织”(来自潘衡岳)等结构,都成了“茶叶潜艇”的“水箱”。因为无法证实,所以我在最初的答案中也没有否认过上述这些“水箱”的存在。只不过,我认为茶叶表面的纤毛层是更大的“水箱”,是“茶叶潜艇”的“主水箱”。
八爪鱼曾经提出,叶蜡对荷叶表面的拒水起了主要作用,而茶叶的叶蜡已经被破坏了。姑且不论茶叶是否有叶蜡,单是荷叶本身,八爪鱼所引文献中提到:“不是因为化学疏水性,而是在物理性质上。”可见他也赞同,叶蜡不是主因,纤毛才是主因。
八爪鱼还提出,在逻辑上,必须找到所有品种共通的决定沉浮的特点。他说:“新茶制成茶叶的过程,经历过反复的加温(绿茶加温温度至少为180~230摄氏度)、揉搓,有些甚至经过发酵。”言下之意,茶叶的纤毛结构早已被破坏。
之前的讨论限于篇幅,我的确没有谈及茶叶品种的问题。
上面的三道工序并不是每一种茶叶都要全经过的。事实上,能100%浮起的白毫银针只经过反复加温这一道工序,而且是在日光下晾干为主,所以才得以最大限度地保有了叶片表面的纤毛结构。喝白毫银叶茶时你可以注意一下,茶杯中部的某些叶片表面有明显的“毛茸茸”的感觉。
绿茶一般在炒制中还需要揉搓,这道工序是白毫银针茶叶所没有的。这个过程显然会在一定程度上破坏纤毛结构。所以绿茶的沉浮现象要差于白毫银针,但也不至于完全没有。因为这种破坏并不是很彻底。
对纤毛结构的破坏,最严重的要数发酵了。半发酵的乌龙茶,发酵的红茶,发酵并经过压制的普洱茶,它们的纤毛结构被破坏得比较严重,也就几乎没有什么浮沉现象了。特别是普洱,我手边恰好有一些,试了一下,除极少量梗状物以外,全是入水即沉,无一幸免。
另外采茶时所采的部位也有关系。叶子的纤毛在靠近芽尖的部分最重。而白毫银针取的恰恰就是芽尖。讲究清鲜的绿茶也是以采芽尖为主,而需要发酵的茶叶大多就没这么讲究了。
茶叶有了纤毛层这个大“水箱”,下一个问题就是如何压缩气体,使水进入,以达到“下潜”的目的。但没有柴油机也没有核反应堆的茶叶无法像潜水艇一样主动压气与水的交界面发生了全反射所致。
有时候用玻璃杯沏茶还能观察到这样一种现象,刚泡上的茶,某些浮着的茶叶表面是亮晶晶的,像是整体镀了层膜。这正是茶叶表面纤毛层包住的空类,能浮着的茶叶就是没完全被破坏的纤毛层起了作用。
上述的茶叶品种、制作工艺上的差别,对于那些纤毛层在生产中有可能被破坏的茶叶种恰恰对应了茶叶不同的漂浮能力,也从侧面说明,纤毛层在茶的沉浮中起最主要的作用。
缩气体,于是它采用了一个高明的被动策略——热胀冷缩。
刚一冲茶时,热水使“水箱”中的气体加热,迅速膨胀,超出“水箱”体积。超出的部分混杂在冲茶泛起的泡沫中,逃过了我们的眼睛。“水箱”中剩余的热空气在茶水自然冷却的过程中收缩,从而相当于潜艇水箱中的空气被“压缩”了,让水进来,实现了“下潜”。
八爪鱼还有一个关于水温的实验,发现用温度低的水冲茶时,茶叶的下降率降低了。这是因为水温低将不能使“水箱”内的气体充分膨胀,也就不能排出多少气体。那么在温度下降的过程中,要使这些气体收缩到失去足够浮力的程度,就需要更长的时间。
另外,与一般的茶叶相比,白毫银针有一个特点:茶汁不易浸出,冲泡时间较长。这从侧面说明了,白毫银针下水时并未直接与水接触,而是被叶片表面的纤毛层的气体包裹,所以才不易泡出茶汤。但最终当气体体积变得很小时,在表面张力作用下会收缩成小气泡。于是绝大部分的茶叶表面就得以与水亲密接触了。
hbchendl在答案中提到热水由于杯底散热,所以有上小下大的密度梯度。但实际情况恰恰相反。因为杯底下是桌面,而通常桌面都不是热的良导体,会被杯子迅速加热到与水接近的温度(把杯子端起来摸摸放杯子位置的桌面就知道了,不过要小心烫着)。由于温度接近,会进一步降低热传导的效率。
反观杯口的水面,不但通过热辐射和对流高效散热,还通过水的气化作用放热(气化是吸热反应,但从茶水的角度看,热量被吸走就相当于自己放热)。这些作用的降温效果都要好过杯底与桌面的直接传热。所以实际上杯口的水温要低于杯底,相应水的密度也就大于杯底。所以,热水杯里才会有对流,进一步帮助散热。否则的话,估计人类到现在都还没发明保温杯呢——因为没必要嘛!
这种上大下小的密度梯度看似加速了茶叶的下沉(因为越往下沉,浮力越小),但实际上,像白毫银针这些浮沉现象明显的茶叶能在下沉中逐渐停下来,悬浮在水中央。这是因为上低下高的温度梯度的存在。随着下沉,环境水温有所增高,气体略微膨胀,浮力加大。当到达某个深度,浮力能与重力抵消时,茶叶就将悬浮在此处。当然,具体的分析还要考虑茶叶的下沉速度和水的阻力等因素,但总体上是一个有阻尼的收敛振荡。
也就是说,茶叶会以很小的幅度上下振动几下,然后停在浮力与重力相等的温度层上。
如果茶叶的下沉像hbchendl所说,是水泡胀了细胞,那么在下沉过程中温度的增加只会加剧这一效应,从而不断加速茶叶的下沉,不会出现半途停下,悬浮的现象。另外,密度梯度上大下小,意味着体积不变的情况下浮力上大下小,茶叶的下沉也将被加速,无法悬浮。hbchendl的理论无法解释茶叶的悬浮现象。
此外,hbchendl讲了“沉”,却回避了“浮”的问题。因为他不认为有气体参与了整个过程,所以沉浮仅由于茶叶自身密度变化造成。他指出茶叶泡水后密度增加,所以下沉,那么言外之意就是茶叶在泡水之前密度小于水,所以能浮。但他从未明确说出这一点,更未解释为什么泡水之前的茶叶密度小于水。
泡水之后,hbchendl认为水进入了“空隙”中,而又否认空隙中原来有气体。那么“空隙”就只能是真空喽?只不过,无论是细胞膜,还是细胞壁,恐怕都难以抗拒真空与大气之间的压力差吧?况且,没有任何外力的情况下,自然界中很难自己产生真空态。
泡水之后的密度,hbchendl进行了简单的定性分析,得出密度增加的结论。但实际情况要复杂得多。为了说明这种复杂的情况,我不得不用一些数学计算。
让我们分析一个茶叶细胞的情况,把其中的物质分为可溶于水的和不溶于水的。按hbchendl的说法,细胞质溶于水,细胞外壁则不溶,能保持细胞的形态。那么,当细胞没有水,处于“干”态时,细胞的干密度=细胞的干质量/(不溶物质的干体积+可溶物质的干体积)。泡水后,若细胞内腔被撑开,有了一定体积并有了水,那么,细胞的湿密度=(细胞的干质量+细胞内腔体积×纯水的密度)/(不溶物质的干体积+细胞内腔体积)。需要说明的是,之所以乘纯水的密度是因为细胞的干质量中已经包含了那些溶于水的物质;不溶于水的物质因为不溶于水,所以泡水前后体积不变;而溶于水的物质溶水后就没有体积了。
对上面两个密度进行同样的数学处理,最终使细胞的干密度变成1,而细胞的湿密度变成[(可溶物质体积/细胞内腔体积)+(纯水的密度/细胞的干密度)]。当此式值小于1时,则细胞湿密度小于细胞的干密度;当此式值大于1时,则细胞湿密度大于干密度。
因为其中可溶物质体积远小于细胞内腔体积,故(可溶物质体积/细胞内腔体积)基本可以忽略。关键要看纯水的密度与细胞的干密度的比值。因为前面已经说过,hbchendl回避了浮的问题,基本假设茶叶干密度小于水,则上式值大于1,于是湿密度大于干密度,泡水后茶叶下沉。
但如果hbchendl这个前提假设是错的,也就是说茶叶的干密度大于水,那么上式值小于1,则细胞的湿密度小于干密度,意味着泡水后会令密度减小。
看来,hbchendl答案的正确与否就取决于干茶叶的密度了。我们不妨设想一下,用保鲜膜包一些茶叶,留一开口,放入烤箱加热。当温度足够高时,在烤箱内将开口闭合,取出,进一步确保密封。待冷却后,其中的气体体积已经很小了,可以暂不考虑。将其放入水中,因为保鲜膜的关系,也不存在茶叶泡水的可能。它若下沉,则说明干茶叶的密度比水大。我手头没有条件做这个实验,有条件的“童鞋”不妨试试。但我们想象一下普洱茶砖就应该明白,赶走大部分空气之后,干硬的茶叶本身是密度大于水的。也就是说,其实茶叶泡水会导致茶
叶密度变小。泡得越彻底,密度下降得越厉害。既然泡水让茶叶密度减小,那为什么茶叶不是越泡越浮呢?因为就像hbchendl所说的,这个密度改变的程度很小,小到即使密度降低了,茶叶仍旧比水沉很多,还是要在水中下沉的。
倘若有“童鞋”证实了干茶叶的密度低于水,那么hbchendl的分析就应该基本是成立的。那也和我的“茶叶潜艇”模型不相抵触。一来这种密度改变的幅度太小,很难直接起到实质性作用;二来两者在某些情况下是共同起作用的,而在气膜完全包裹茶叶时,则只有气膜影响沉浮。
hbchendl最后用了纸的例子来说明浸湿造成的密度变大。但实际上,纸本身就是比水密度大的。比如一本《辞海》,不要带硬皮,只要纸质的部分,我们用上面提到的保鲜膜方法来处理。只不过这次不要用烤箱烤了,小心着火。只要压紧包好,基本就没有空气了。你猜猜放入水中的结果会怎么样?我打赌它不能“浮”在水面上。纸的密度比水大,所以它的下沉是必然的。至于单张纸一开始能浮在水面上,原因很多。面巾纸可能是由于流体阻力的作用,烟盒纸则是由于其中多孔结构所含空气的原因,卡板纸则可能是水的表面张力的作用。
最后借此机会说句题外话。在Dr. Who提问的这次讨论中,有人要别人拿出实验证据来,或者说某某观点无法验证。但我觉得这不是发表学术文章,大可不必如此。我倒不是反对实验验证,比如上面提到的保鲜膜实验就值得试一试;但很多时候,不做真正的实验,而是做做“思想实验”也是一种乐趣。伽利略就是靠着思想实验解决了很多问题。大家不妨在Dr. Who给别人多留一些任思想驰骋的空间。况且在这里,每个问题本身的谜底是什么并不那么重要,重要的是我们能从别人的答案中学到什么。
正方:八爪鱼
由茶叶最终沉入水底可知,茶叶实质(不算空腔)的密度是大于水的密度的。可是在冲茶之前,茶叶的结构是一疏松多孔的固体,茶叶内的空腔中充满空气。这决定了茶叶有一个不同于实质密度的整体密度(小于实质密度)。
空腔中充满空气时,茶叶整体密度直接决定了导致茶叶下沉的因素来自茶叶表面以外,还是茶叶表面以内。
简单地说,当茶叶整体密度小于水,只要空腔中的气体不被水替代,茶叶表面是否有气体附着,都是不会沉的。换句话说,当茶叶整体密度小于水,导致茶叶下沉的因素,就不可能是表面气体附着,而是空腔气体被水替代。
当茶叶整体密度大于水,只要没有其他浮力来源,茶叶都是要沉的,气体附着是浮力来源之一。这个时候,才要考虑是什么因素带来额外的浮力。
所以,尽管从我有的茶叶表面电镜图片来看,表面附着气体的可能性很小,因此我倾向于反对Lewind,但是在得到茶叶整体密度的数据之前,他们二人都缺乏充足的证据支持他们的观点。
当我们分析为什么咬一口茶叶就会下沉这个现象之前,必须先弄明白,茶叶为什么会下沉。进而分析咬一口是如何对茶叶下沉产生影响的。茶叶泡水为什么下沉,是一个不能回避的问题。
至于密度和茶叶表面气体附着的问题,说得太多了,就不多说了。
Lewind认为茶叶不沉,是因为表面附着纤毛,纤毛间有气体无法逸出,而且,其机制和荷叶表面有“纤毛”导致疏水性同理。无论是在解释荷叶现象上,还是在解释茶叶不沉上,都是错误的。荷叶表面的有规则的微结构,小至微米级,更不论有规则的微结构上面的纤毛。这些结构和“白毫银针”根本就是两回事。在大多数种类茶叶加工过程中,就算是白毫银针,纤毛也都会遭到破坏。
再者,自然界的植物蜡,最高熔点为86摄氏度,而大部分茶叶均经过一百多摄氏度的加工。如果疏水结构被破坏了,蜡还顽强附着在茶叶表面,那也相当于一层流水涂层。所以有疏水涂层,并不表示会有气体附着。
也就是说,茶叶疏水性和气体附着之间不是一回事。
图1-4和图1-5所示是一种茶叶的表面结构,至少证明有一种茶叶是没有纤毛的,图1-6显示了经过高温处理前后的表面。
图1-4有纤毛的表面
最后,希望大家不要误读我提出的电镜图像的意图。我提到显微表面结构,是为了证明纤毛这样的结构,并非普遍存在。同时,通过和荷叶表面结构类比,质疑茶叶表面也有超疏水结构的推理。
图1-6 左边的是正常结构,右边的是加温处理、只消除了茶叶上面的绒毛而保留腊覆层。
图1-5 无纤毛的表面
反方:云无心
这个问题的核心在于“为什么浮着的茶叶咬一下就沉了”,而不是“茶叶为什么会沉”。茶叶在水中的浮沉现象比一般固体颗粒分散复杂的地方,在于它的结构在水里会发生变化。对此可以列出的影响因素很多,我们要做的不是列出“可能的影响因素”,而是要比较分析哪种因素是最关键的。“茶叶的浮沉取决于茶叶整体的密度”当然毫无问题。这里的“整体密度”得是指茶叶及其周围与它紧密联系的那些物质(包括空气甚至吸附的水)的平均密度。茶叶在水中要吸水,最后下沉,但是吸水快慢会受到茶叶表面结构的影响。像白毫银针那些容易浮的茶叶,那层“毫”实际上也阻碍了水与茶叶的细胞接触。而像“边茶”那样用老茶叶做出来的,很容易就自己下沉了。凭肉眼也可以看出,容易浮的茶叶往往都是很嫩的“白毫银针”、“绿芽”等带着“纤毛”的品种。
至于加工破坏表面结构,并不是问题的关键。这不是一个“是”与“不是”的问题,而是一个“程度”的问题。即使用肉眼,也可以看出容易浮的茶叶往往有“纤毛”存在。从茶叶表面的电镜图片判断不出能否附着气体,只能看出它是否具有“超疏水结构”,而且,电镜图片中所看的茶叶是不是能浮的茶叶种类还不确定。固体表面能否有气体的直接因素,不是超微结构而是接触角。像荷叶结构那样极端的情况,是接触角异常大,附着气体能力更高,而不是说只有那样的结构才能附着气体。茶叶上的纤毛结构有助于增大接触角,只要接触角足够大就可以使得其附着气体能力足够强。关于接触角和水中的固体表面的气泡,文献(A.M.Gaudin,Flotation,2Ed.,McGrawHillBookCo.,1957)里有深入分析,不过我也没有原始论文,而只有对该文的转述。
正反方在关于杯中水的密度梯度的分析都很不严谨。一杯茶有三种不同的散热表面:底部通过杯底对桌子传热,周围通过杯壁与空气散热,杯子上方与空气对流传热还有蒸发散热,没有具体的传热参数无法断定杯子内的温度分布。实际上温度的影响比几个答案中提到的都还要复杂,不过它的重要程度不是那么高。
应该说,这个问题的几个回答都很深入。我并不认为Lewind的回答就很完备和准确,但是他分析到了问题的关键。疏水、纤毛、荷叶结构等不是截然不同的范畴,而是同一范畴之内侧重点不同的概念。hbchendl的分析也没有什么大的错,但结论不是最关键的。
尾声:
这回hbchendl只得了四分之一的奖,因为是与反方Lewind分享,而且他还得再分一半给正方的八爪鱼,所以只剩下四分之一了。
事实上,关于茶叶的争论仍然没有一个定论。当然,科学之所以成为科学,就是它允许任何结论被证伪和推翻。
Dr.Who已经悄悄离开辩论赛,你们继续,我回去倒杯茶,至于那种咬一口再吐回去的恶心事儿,我才不干呢!