泡茶的时候没发现什么不对吗？爱因斯坦用它发表了一篇论文 创立了一门学科
作者七君
你有没有注意到一个平时很奇怪的现象：用茶叶泡茶时，如果搅拌茶叶，茶叶会聚集在茶杯底部的中央，而不是由于离心力而散落在茶杯壁附近。这是怎么回事？
这个有趣的现象叫做茶叶悖论。你无法想象茶悖论和蜿蜒的河流有什么关系。一百年前，爱因斯坦巧妙地解释了这一现象，并将其与河流的九弯十八弯串联起来。
在打圈搅茶的时候，我们通常认为茶叶会随着勺子旋转，由于离心力的作用而粘在杯壁上。
二级流(蓝色)图片来源：维基百科
但实际上，由于液体与杯子之间的摩擦，会在杯子中产生二次流，即垂直于旋转面的一圈水流。茶叶被这种二次流夹住，卷到杯底中央。在二次流中，靠近茶杯底部的液体速度较低，所以那里的茶叶上升不够快，最后被卷成一个球。
那么，茶悖论和河有什么关系呢？
一条小河的河床被侵蚀了。图片来源：维基百科
嗯，在爱因斯坦之前的19世纪中期，地理学家中有一种流行的观点，就是北半球河床侵蚀主要发生在河流的右岸，而南半球则是左岸，这是地球自转带来的科里奥利力造成的。因为地球自转，北半球的物体趋向右转，这就叫科里奥利力。
这些地理学家认为，由于科里奥利力的作用，北半球右岸的泥沙很容易被带走，而南半球正好相反。这个曾经流行的理论叫做贝尔定律。
地球逆时针旋转，如图中的圆盘。在科里奥利力的作用下，北半球的物体会向右移动，比如图中的白球。
然而，爱因斯坦在1926年发表的论文(Die Ursache der Mander Bildung der Flulufe and des Sogenannebaer Schengesetzes)第一次对河岸侵蚀现象给出了正确的解决方案，将贝尔定律搁置一边，并取得了巨大的成功。
爱因斯坦指出，河流左右两侧的侵蚀不平衡是由于河流中的二次流造成的，类似于茶杯中的二次流。
假设河流中有一个像上图AB那样的弯道，河流逆时针方向流动，那么这个弯道就像茶杯的右半部，这里二次流的方向是顺时针方向，导致泥沙从右侧被带到左侧底部堆积。由于这种积累，原本弯曲的河道将变得更加弯曲。
最终，上面的河床底部会变成这样。
反过来河的方向也一样，B面被侵蚀。这怎么理解？就像你用勺子在杯子里打圈，无论顺时针还是逆时针打，二次流的旋转方向都不受影响，最终茶叶都聚集在中间。对于河流来说，二次流的方向不会改变。
也就是说，这种情况下，河流流向左侧被侵蚀。显然爱因斯坦的解释与贝尔定律不符。
综上所述，爱因斯坦预言，无论河流方向是什么，无论是南半球还是北半球，河流的外弯侧总会被侵蚀，沉积物会在内弯处逐渐堆积，导致河流越来越弯，像脓包一样。
后来研究发现，河流的变化真的是这样的。
随着秘鲁UKaiali河的演变，河道越来越弯。图片来源：地理
最后，曲流甚至可能会产生一个与主要河道分离的牛顿湖。图片是——
曲流的生命周期最终会形成一个牛弓湖(最低的半圆)。图片来源：维基百科
爱因斯坦描述的二次流后来被命名为螺旋流。
爱因斯坦进一步解释了科氏力对侵蚀确实有一定的影响，但并不是如贝尔定律所判断的那样。
我刚才说的是河道略弯。但是即使一条河是直的，它也可能因为二次流而被白万和白万抓住。你可能会觉得奇怪，没有转弯和离心力的直河怎么会有二次流？
原理是这样的：由于地球自转，直河中的水流受到科氏力的微弱影响，会产生二次流。
科氏力的水平分量使河流转向sin。v是流速，是地球自转速度，是纬度。水流速度越高，纬度越高，科氏力越大。
在科里奥利力的作用下，运动的水流与河床底部会产生左右摩擦，底部的水流相对于水面会变慢，产生二次流，并产生相应的冲刷。换句话说，只要地球自转，笔直的河流就会不由自主地想要弯曲。
在这篇简洁有力的论文中，爱因斯坦还对河流侵蚀做了几个预测。
例如，由于这种二次流具有惯性，最强的侵蚀应该发生在河湾下游。结果，河湾会一直向下游移动，就像蛇在蠕动一样。河流横截面越大，河床摩擦阻力的作用越慢，所以河流的弯曲直径越大。这些都与事实相符。
曲线和牛津湖图片来源：eos.org
继爱因斯坦之后，许多学者对这个问题进行了定量描述。1950年，爱因斯坦的长子、加州大学伯克利分校教授汉斯a汉斯爱因斯坦在父亲的基础上提出了泥沙运动力学理论，对河流泥沙工程做出了根本性的贡献。
除了解释河流侵蚀，茶悖论在啤酒酿造中也有重要应用。
酿造啤酒中的杂质trub(左)图片来源：grain父亲
酿造啤酒时，麦芽中的蛋白质和脂肪会凝结成trub等杂质。为了便于去除这些杂质，麦芽汁被注入一个叫做旋转沉淀池的旋转桶中，残渣会聚集在底部的中心，很容易去除。这项技术被称为水力旋流器分离。
加拿大的莫尔森啤酒厂首先提出了这个想法，现在大多数啤酒厂都采用了这个想法。
回旋沉淀池中茶叶悖论对啤酒花的分离。图片来源：hofbrauhaus
杯壁往下流，拐弯抹角。没错，就是在下一个二次流。
来一波三连吧！
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