从躺在沙滩上，吹拂身体而过的微风，到吃果酱吐司时，苦苦等待滴落的黏稠果酱；光滑如镜的湖水到构成平整路面的柏油（沥青）。这些东西之间具有什么共通性？又是什么因素造成它们表现出来的性质，具有如此大的差异？

流体，泛指任何可以流动的物体，在我们的经验中，主要包含了气体和液体。例如充斥我们四周的空气，以及随处可见的水。但实际上，有些我们看似为固体的东西，其实也属于流体，例如坚硬的玻璃。以上这些物质都落在流体的范畴。很显然地，它们之间应该有某种决定性的差异，那便是它们的“黏滞性”。

流体的黏滞性

从微观的角度来看，黏滞性可以被看成是流体分子之间的吸引力强弱。我们可以想像眼前有一杯水和一坨麻糍。当我们对着它们吹一口气时，从微观的角度来说，便是在对它们表层的分子施力。水分子之间的吸引力比较弱，因此表层的水在受力后能够自由移动，形成波纹；但麻糍分子之间的作用力较强，表层分子被其他分子紧紧抓住，因此不会形成明显的运动。

麻糍看起来已经很黏了，但在黏滞性排行榜中，它可能还排不进去。在生活中存在着一种黏滞系数非常大的流体，虽然可能大家都没把它当成流体过，那便是：沥青。为了测量沥青的黏滞系数，物理学家进行了一个“持续时间最长”的实验：“沥青滴漏实验”。到目前（2021年）为止，已经持续了90几年。

图一、沥青滴落实验。笔者于2021/8/17截图自上述实验直播

若是读者们没有看出沥青正在滴落，不用怀疑播放键是不是坏了。毕竟，根据实验记录，上一次滴落花了13年时间！这个实验从1927年架设完毕，到目前为止，一共只有9滴沥青滴下。以此估计，沥青的黏滞系数会是水的千亿倍。因此，沥青大概会是黏滞系数排行榜榜首的候选人之一。

那若是我们看向另一端，黏滞系数很小的部分，可以想像当这样的流体一旦受到外力，会非常容易流动。也许读者们会好奇，有没有可能黏滞系数为零呢？有，这种流体被称作“超流体”。打个比喻，若是咖啡是种超流体，当我们加入咖啡伴侣、糖搅拌完后，过半个小时来看，会发现它还在不停地旋转，完全没有停下来的迹象！这种流体具有非常独特的性质，但由于其背后物理原理较为复杂（有数个诺贝尔物理奖都与此题目有关）。接下来，我们先介绍如何描述流体的运动，也就是流体流动的类型：层流与紊流。

层流与紊流

当我们想要描述流体时，可以将某一个特定时刻，流体中每一个点的瞬间速度以箭头的方式标出，箭头的方向指向该点的运动方向，箭头长度则为运动速度大小。例如在一根细管中，若有水流过，可以预期水流会和管壁大致平行。此外，由于管壁的摩擦力，靠近管壁的流体速度会最慢，正中间的流体则最快，形成如图二般的速度分布。

图二、管内流体速度分布示意图

这种情形下，流体可以被看作一层一层、彼此不会互相混合且稳定的流动，称为“层流”。虽然表面上看起来流体分子之间如排队般，以非常整齐的队伍前进，但是实际上，流体中存在各种各样的不稳定性（流体中的不稳定性遍布日常生活中，我们会在超流体之后的文章和各位读者介绍此现象。），会使得流体发生微小的扰动。若是流体的黏滞性够大，这些微小的扰动便会被摩擦力消耗掉，使得整体看起来依旧稳定流动；但若是扰动足够克服摩擦力，则不同层之间的流体会开始混合，形成如漩涡般的复杂结构，这种情况被称为紊流。由以上描述可知，流体的运动会是哪种情况，扰动大小与流体黏滞性有关。在科学上，会透过流体的“雷诺数”来加以描述一个流体运动属于哪种类型。

层流与紊流的现象在日常生活中其实非常普遍，我们不需要去计算雷诺数，也能够从流体的外观来大致分辨它是处于层流还是紊流。

例如在欣赏壮丽的瀑布时（如图三），会发现在水流落下之前，水的流动是相对平稳，颜色呈现深蓝色；但当水开始下落形成瀑布时，水的流动变得不稳定，形成白色的水花。读者们看到这里，想必已经可以判断它们分别对应的流体运动种类为何了。

图三

图三、尼加拉瓜瀑布风景图。可看到水流在落下前流动较稳定，接近层流；落下后则转为紊流，充满白色的泡沫。

流体在日常中无处不在，流体性质的研究并非仅仅只是纯科学的探索，它们早已走进每个人的生活中。例如飞机机翼如何设计增加浮力、高铁车头什么形状可以降低风阻、甚至容器瓶口要如何设计，才不会倒水时沿着瓶身留下…等等，这些都和流体的特性密切相关。流体，值得我们更深入地认识它！