“棒棒糖需要舔多少口才能被完全吃掉？”這幾乎是一個(gè)世界性的問題。80年代美國的一則著名的棒棒糖廣告中，一位小男孩向森林中的動(dòng)物們請(qǐng)教這個(gè)問題，最終貓頭鷹先生（Mr. Owl）告訴他說我們應(yīng)該用實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)。貓頭鷹開始實(shí)驗(yàn)，但是到第三口就忍不住把棒棒糖咬碎了——于是得出了3口這個(gè)最終結(jié)論。廣告的最后說：“棒棒糖需要舔多少口？世界可能永遠(yuǎn)也不會(huì)知道。”
在紐約大學(xué)柯朗數(shù)學(xué)研究所應(yīng)用數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室（Applied Maths Lab），我們意外發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題的答案——說意外，是因?yàn)槲覀冄芯康某踔允菫榱私忉屓芙膺^程在自然界中的作用。
自然界中，有水流過的地方都會(huì)留下水特有的痕跡。比如說，在河邊我們可以撿到橢球形的鵝卵石，在草原上我們可以看到彎曲的河流，在海底我們會(huì)看到起伏的沙丘。這些過程涉及兩個(gè)重要元素：一方面，水在流過固體表面時(shí)，通過侵蝕或溶解帶走了物質(zhì)，從而改變了固體的形狀；另一方面，改變了形狀的物體又會(huì)干擾到水的流動(dòng)，從而改變水流的速度并且影響物質(zhì)被帶走的速度。集合了這兩個(gè)元素的流體力學(xué)問題統(tǒng)稱為變邊界固體-流體相互作用問題。
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正是在看到這些水流和固體相互作用的例子后，我們開始好奇是什么原因讓水流將固體塑造出如此有特點(diǎn)的形狀。就像米開朗琪羅曾經(jīng)說過的一樣：“每塊石頭中都存在著一尊雕塑，而雕刻家的作用便是去找到它。”
眾多的水流侵蝕現(xiàn)象中，我們先選擇了溶解來作為研究的方向。自然界中的固體溶解問題相當(dāng)困難，因此我們選擇了最簡單的幾何形狀——球形，以及最基本的水流——均勻水流（流速處處相等的水流）作為起點(diǎn)。我們希能通過這樣的簡單組合來了解固體在水流中溶解的基本規(guī)律。
為了獲得球形的可溶固體，我們自然地想到了購買棒棒糖來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。但是，我們發(fā)現(xiàn)市售的棒棒糖都包含了大量的氣泡，而氣泡的存在會(huì)影響溶解中固體的形狀。在確認(rèn)市售的棒棒糖存在缺陷后，實(shí)驗(yàn)室的成員們首先妥善處理了剩余的棒棒糖，并在這之后開始了自制糖球的過程。
經(jīng)過多次失敗的嘗試后，我們發(fā)現(xiàn)將白糖、糖漿與水以8：3：2的體積比混合后加熱至150攝氏度，然后將還能流動(dòng)的高溫糖漿注入到球形模具中冷卻，便可以得到口感與質(zhì)量兼得的硬質(zhì)糖。最終實(shí)驗(yàn)中所用到的直徑為6厘米的巨型棒棒糖，就是由我在自己的家中使用這樣的傳統(tǒng)工藝制作出來的。用這樣巨大的糖球做實(shí)驗(yàn)恰到好處：如果使用更大的糖球，那么它可能無法被放入實(shí)驗(yàn)水洞中，如果太小，那么溶解過程持續(xù)的時(shí)間又可能太短了無法記錄。而最主要的原因在于，我買的球形模具，恰巧是直徑6厘米的......
