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编者按：现在有很多人都养猫，猫总是能做出一些看上去像液体一样的动作，比如说穿过只有他们身体大小十分之一的门缝，钻进只有他们身体大小十分之一大小的瓶子。本文是一篇十分硬核的科普文章，内有大量干货从科学的不同角度来探讨猫是不是液体这一命题。本文译自Medium，原标题为"Are Cats Liquid?"。
大多数当代物理学家关心的是技术性的宏观问题:为什么标准模型认为中微子不应该有质量?为什么量子场论和广义相对论在经验上都是有效的但它们却是是不可调和的?核聚变能成为一种有效的能源吗?等等。这些问题很重要，但它们对于大众的生活来说过于遥远，人们想知道更贴近生活一点的问题的答案，比如说猫是液体还是固体?
最早(约2014年)认真研究这个问题的研究人员似乎是一个名叫汤姆的人，他在《无聊的熊猫》(Bored Panda)这本杂志的搞笑动物版块上发表了一篇题为《猫是液体的15个证据》(15 That Cats are liquid)的文章。汤姆从15个实验的结果中得出结论，这些实验使用了不同品种的猫和不同形状的容器，他得出的结论是，猫会让自己变成这个容器的形状，这是液体和气体的一个基本属性。此外，猫在实验中体积并不会有明显变化，这是液体的一个特性。
有些人对汤姆做的仅仅是定性的研究不是特别满意，而且对《无聊的熊猫》杂志上的评价标准也不认可。所以在2014年晚些时候，马克·安托万·法尔丁(Marc-Antoin Fardin)在巴黎高等师范学院对“液体”这个词使用了更严格的定义。在一篇题为“流变学的猫”的论文中法尔丁提出，与最初的《无聊的熊猫》杂志上的研究相比，猫表现出更丰富、更复杂的流变学行为，因此，严格地说，猫是液体并不合适。鉴于法尔丁在促进猫物理学的进展方面的工作，以及在更广泛的连续介质力学研究方面展示了这一新兴领域的影响，同时也因为他非常非常有趣，所以法尔丁在2017年获得了搞笑诺贝尔物理学奖。
液体，固体和气体
好了，玩笑归玩笑，现在回归正题，虽然法尔丁的论文看上去好像是在搞笑，但他至少在严肃对待这个问题，并使用了现代流变学的语言来讨论这个问题。现代流变学是力学的一个分支，研究具有流体和固体特性的物质的运动。流变学本身是连续介质力学的一个分支，它研究那些假定能完全填满物质所占据空间的宏观物体的运动（即忽略分子结构和其他微观缺陷和不连续性）。
在连续介质力学中研究的材料类型可以根据改变其形状的难易程度来判断。如果把这些材料类型放到一把标尺上，那么在最左边的一端就是理想的牛顿流体，它对施加的应力没有任何抵抗力，只要施加了这些应力，不管这些应力有多弱，它就会改变它的形状。在标尺最右边的一端则是理想的刚性固体，它在任何应力下都不会变形，无论应力有多大。
由于流动运动是由无穷小的变形建立起来的,所以我们也可以说,牛顿流体是一种只能流动而无法被推动的物质，因为你一推它，它就会开始流动（想象一下水）。刚性固体则是另外一种物质，它只能被推动而不能流动（想象一下铁块）。流变学研究的是在这两种极端属性之间的物质的运动，根据环境的不同，物质可以同时具有固体和液体的特性。
例如，冰川是由固体冰构成的，当在短时间内观察它们时，它们看起来是固体的，但如果时间足够长，冰川也会像液态水一样流动。
普通的液态水也表现出类似的行为。当一个装满水的气球被刺破时，水不会马上溅出来。在极短的时间内，水还能保持着气球的形状。
这表明，在很短的时间内，水具有类似固体的行为，只有在足够长的时间内被观察时，它才开始表现得像液体。
上述例子表明了一个普遍的结果:在很长一段时间内，物质的行为更像液体，而在很短一段时间内则更像固体。
为了描述在特定的实验中物质的行为是更像固体还是液体，我们需要计算这种物质的德博拉数:
在这个公式,T称为观测时间，观测时间是指整个实验的持续时间，可以由人为决定，τ称为松弛时间，它表示某一物质发生形变所需要的时间。在实验中，大于1的德博拉数意味着一种物质更像固体，小于1的德博拉数意味着一种物质更像液体。
在他的论文中，法尔丁假设观测时间是完全可控的，因此他研究了松弛时间，以确定猫是液体的程度。
所以猫是液体还是固体？
法尔丁做了一个非常简单的实验，他找出了一个松弛时间的可能取值范围。利用“蹦蹦猫”(Cat Bounce)网站提供的数值模拟数据，法尔丁得出结论，在T小于1秒的实验时间尺度内，猫的行为就像固体一样。我们其实也可以得出同样的结论，注意到当猫从一个很小的高度(下降时间小于1秒)跳下时，猫会像一个刚性旋转体一样，四肢着地。
对于更长的时间尺度，法尔丁考虑了以下小猫钻进酒杯的例子：
在这个例子中，容器的几何形状是固定的，所以猫需要从一个形状变成这个容器的形状。从对猫的观察中发现，它们在一个容器中从进入、定位到稳定的时间不超过一分钟，所以公平地说，猫在T大于1秒小于一分钟的时间尺度上表现得像液体。
