本科生巧解“巧克力相变滞后”之惑

任瑞龙(左)和邱群峰(右)

我们的记者你是肖鹏见习记者王志康

储存在24℃时，巧克力会开始慢慢融化。然而，当完全熔化的巧克力从30℃冷却到24℃时，它不会凝固，只有当温度进一步降低到大约10℃时，它才会凝固。这就是巧克力“相变”中的“滞后现象”。它不仅影响巧克力的保质期，还影响它的味道。

那么，到底是什么导致了这种“滞后现象”？

日前，电子科技大学物理与电子学院2012届本科生任瑞龙和邱群峰发表了他们的教学研究论文《巧克力相变滞后》，并成功入选著名的SCI教学杂志《欧洲物理杂志》2016年亮点，揭示了这一现象。

从普通巧克力到高级论文，这两位大学生是如何做到的？

相变滞后:竞争话题很有趣

说到“巧克力相变滞后”，这要追溯到2014年中国大学生物理学术竞赛。参照第27届国际青年物理学家锦标赛的规则和主题，竞赛在力、热、光、电等物理分支下设立了17个开放主题，其中“巧克力相变滞后”是其中之一。

当时，电子科技大学是由，李和其他物理和电力学院的教师带领参加比赛。从每所大学中选出六名本科生，包括任瑞龙和卢群峰。

“根据比赛规则，有些话题可能已经被放弃了。有两个问题我们还没有准备好，其中之一是“巧克力相变的滞后”。任瑞龙说，由于比赛时间和场地的限制，他们没有太多时间对这个问题进行深入研究。尽管当时发现了许多理论，但它们不能从微观角度完全解释这一现象。

事实上，大多数参赛队在遇到“巧克力相变滞后”的问题时选择了放弃。然而，展示这个问题的团队也缺乏理论支持，因为仅仅是实验，而且得分很低。

"这个话题给我们留下了非常深刻的印象。"邱群峰表示，尽管比赛后来结束，但他们仍对这个问题“耿耿于怀”。

深入研究:现象学理论的巧妙揭示

回到学校后，任瑞龙和邱群峰开始对“巧克力相变滞后”现象进行更深入的研究。

“这是一个巨大的挑战，也是一个非常有趣的问题。”任瑞龙说，他们的战斗精神被困难和兴趣极大地激发了。那么，我们应该从哪里开始进一步的研究呢？

任瑞龙和邱群峰回忆分析了比赛中的情况，发现问题的关键在于找到合适的理论进行科学合理的解释。因此，这两人咨询了该校教授滕，并得到一个重要提示:巧克力相变的形象非常类似于“兰道-德·冯·舍亚现象学理论”的形象。

这无异于在科学研究的道路上打开了迷雾，这使他们非常兴奋。经过初步研究，他们发现巧克力相变中的滞后现象与朗道-德·冯·舍亚现象学模型之间的确有很高的一致性。但是我们如何找到内部联系呢？

后来，他们开始从微观和宏观层面查询数据。在参考了大量的研究成果后，他们认为巧克力本身是一种非常复杂的混合物，含有丰富的成分，如可可脂和蛋白质。只考虑一个部件的相变特性是不合理和不科学的，但是考虑每个部件的相变特性会产生大量的变量，从而增加了研究的难度。

鉴于这种情况，他们最终选择了现象学理论来解释，即跳出微观细节的讨论，从宏观层面进行研究。通过建立平方反比关系，将实验变量与理论模型参数紧密联系起来，使实验曲线与理论曲线更好地一致，从而获得“巧克力相变滞后”现象的现象学解释。

巧妙的实验:简单设备的灵活使用

为了进行实验验证，他们设计了一个巧妙的实验装置:将融化的巧克力放入培养皿中，将表面弄平，放入冰箱中固化成样品，然后拿起一个乒乓球，用一根针管充入水作为“测量工具”。

一切准备就绪后，开始用恒温水浴加热巧克力样品。达到所需温度并保持3秒钟后，从恒温水浴中取出培养皿，轻轻放置乒乓球。乒乓球会在逐渐融化的巧克力上挤压出一个窝。温度升高3次后，取出乒乓球，测量它粘在巧克力上的圆形区域的直径。

“我们已经反复做了一个月的实验，每次实验都需要一盒巧克力。”任瑞龙笑着说道。

最后，他们通过使用这些简单的实验设备，特别是在思维的转变和巧妙的计算下，获得了大量有用的数据。这些数据最终证明实验结果图像与朗道-德·冯·舍亚现象学模型非常一致。

这个结论使得任瑞龙和邱群峰对之前的理论假设充满了信心。之后，他们两人利用业余时间一起写研究论文，反复推敲和修改。在滕的指导和帮助下，研究论文《巧克力相变滞后》经过40多次修改后发表。

“这是一次有趣的学术考察。在这次探险中，老师和同学们的指导和帮助让我们终于看到了它应该产生的影响。与此同时，这种学术经历也让我们觉得大学生活是美好的，没有遗憾。”回顾从实验到论文的过程，邱群峰感慨万千。现在，他和任瑞龙都留在电子科技大学，继续攀登科研高峰。

《中国科学新闻》(第八版，2017年7月25日)