半月前Princeton的Q老师转来过一篇高手的文章，关于天为什么是蓝的。Q老师原文用的是“大师”，但笔者吝啬一点，只肯用“高手”二字。其实高手里也有更高一筹的，比如前两天地空学院请来的一位德国学者。

 

空间所的Z老师说他是来自“Stone Age”，因为做报告没有PPT，只有一份手写的讲稿。里面都是解析的推导，连张数值模拟的曲线也没有。但是讲的却是实实在在的物理——当场演示了几个相关的物理实验。

 

“道具”其实很简单，就是下面照片里的一个鸡蛋、一条“黄瓜”，一个玩具“陀螺”。那个绿色长条的“黄瓜”——报告人开玩笑说是火星上的材料制作的神奇物体——其实也是一个可以旋转的“陀螺”。

 

先是演示陀螺的运动。旋转慢的时候，陀螺的运动是“低重心模式”——圆的那头在下面，做我们常见的旋转运动。但是如果给一个很大的角动量（用手使劲转一下），开始时还是“低重心转动模式”，但很快失稳，进入大章动角（那根转柄与垂直旋转轴的夹角）转动模式，而这种模式会突然“灾变”性失稳——跳起来圆头向上，进入稳定的、转柄接触桌面的“高重心转动模式”！

 

然后旋转那条“神奇”的“火星黄瓜”。显然这条“黄瓜条”也有两个模式：“沿黄瓜模式”和“切黄瓜模式”——顺时针转动时很稳定；但是逆时针转动时，很快就转成“切黄瓜模式”的上下振荡，然后再突变性地失稳转成稳定的顺时针转动！

 

最后他从口袋里掏出一个鸡蛋（自称是从苏格兰带来的“神奇鸡蛋”），看了看说：可惜打碎了一点（照片中挡在后面了，还能看出来一点点）。但是不妨碍他“变魔术”——在桌子上把鸡蛋竖起来！

 

大家会说：不会是哥伦布的把戏吧？

 

怎么会！？那是小学课堂上的，这下面坐的可都是教授、研究生！

 

还是“旋转”——平躺着的鸡蛋高速旋转的时候，就会自己竖起来！

 

道理就在转动体与桌面间的摩擦力矩对转动角动量的影响——在强的非线性条件下，物体转动的本征模式之间可以相互转换——物体最后选择了摩擦力矩最小的模式。

 

至于“黄瓜条”为什么总是旋转顺时针方向，是因为在制作这个“陀螺”的时候，关于“沿黄瓜条”方向轴的对称性受到一点小小的破坏（仔细看照片就看得出来）。这点对称性的破坏足以“generate”足够大的顺时针方向角动量。

 

日常生活中的物理现象，其实有很多深刻的道理。比如去年夏天的一个雨后的黄昏，从东门望去，成府路方向的“双彩虹”。

 

有趣的是，这种“双彩虹”总是对称的：两道红色在中间，向外波长逐渐变短。

 

 

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