「傻旋轉灑水器」終於解開費曼長達60年的灑水器之謎

每年夏天，草地上的彩色「傻旋轉灑水器」以其環狀彎曲的軟管噴灑出各種花樣的水花。這些設計看似有趣，但研究人員如今利用這些庭院裝置，探究了物理學中一個數十年之久的經典問題——費曼灑水器問題。

這個問題探討的是：當灑水器反向運轉，將水吸入臂中而非向外噴出時，會發生什麼現象？諾貝爾獎得主理查·費曼曾提出這個問題，此後一代代物理學家為此爭論不休，卻始終未能達成共識。如今，來自紐約大學和科羅拉多礦業學院的數學家團隊，通過建造和測試多種形狀的灑水器，給出了明確的實驗答案。

三件值得了解的事：

團隊的實驗顯示，正向和反向灑水器的旋轉都是由流動水的動量驅動的，而非外部水流。在正向模式下，水從臂中噴出推動灑水器旋轉。在反向模式下，水進入臂中同樣產生旋轉力，且方向與正向模式相同——只是強度弱得多，大約慢30倍。

這項發表在《美國國家科學院院刊》上的研究，解決了一個自1940年代以來一直懸而未決的謎題。費曼本人曾在浴缸中自製反向灑水器，但從未發表過確定的結果。這個謎題由此存活在物理學教科書、課堂辯論，甚至提供相互矛盾理論預測的科學論文中。

除了解決一個著名謎題，這項研究還有實際價值。了解物體如何對流體運動做出反應，可以幫助工程師改進渦輪機、水力發電機以及任何將流體能量轉化為有用功的設備。使反向灑水器緩慢旋轉的同一原理，對於設計高效的流體能量捕獲系統至關重要。