特斯拉閥：被遺棄的天才之閥

石出

提起尼古拉·特斯拉，幾乎無人不知無人不曉，交流電、無線電、雷達、X光攝影、太陽能發電等，許許多多我們今天離不開的技術和物品都來自這個聰明的科學家?？赡阒绬?？特斯拉還發明過一個讓人疑惑的物品——特斯拉閥。

奇特的特斯拉閥

特斯拉閥之所以讓人疑惑，是因為它長得有些奇形怪狀：說它是水管吧，它又不是一根直管，而是由一個個像水滴一樣的結構交互聯結而成的管道，制造相同長度需要耗費的材料比直管更多，水從中流過還沒有直管快;說它是閥門吧，它又不像普通閥門那樣裝有開關，能方便地控制水流的流量。讓人拿它干什么好呢？即使有著特斯拉的名頭加持，人們也對這個古怪的東西敬謝不敏。

特斯拉自己對這個東西倒是信心滿滿，按他的說法，這個東西既能當水管又能做閥門，是一個兩用的天才設計。當水流從水滴大頭那端流入時，雖然有兩個開口，但只會有很少一部分水會選擇彎道繞路而行，而大部分水依舊會沿著相對較直的管道流動。這樣，特斯拉閥就可以當水管使用，水流從中流過幾乎沒有太多的損失。

而水流從另一端流入時，情況恰恰相反。在往前流動的過程中，水流會遇上一個接一個的彎道，第一批走彎道的水流會撞上管壁，大大損耗向前流動的能量;到下一個彎道，另一部分水流也會進入彎道，被損耗能量;兩股水流相遇時，碰撞的發生也會導致能量再次損耗……這樣的經歷反復發生，每一滴水都無法逃開，直到最后水流再也無力前行，只有很少甚至沒有水流能從管口流出。這就起到了閥門止水的作用。

盡管設計聽起來不錯，但人們此時已有了水管和閥門，兩者一結合完全能達到特斯拉閥的目的，并不需要一個有著奇特設計的特斯拉閥，它也只得無奈蒙塵。

鯊魚的妙用

很長時間里，特斯拉閥在人類生活中都沒能一展身手，但在鯊魚的消化道里，“特斯拉閥”卻默默發揮著作用。

鯊魚是海洋中的頂級掠食者，食量大得嚇人，為了保證足夠的營養，鯊魚幾乎無所不吃，它們的獵物包括無脊椎動物、魚類、哺乳動物甚至海草。盡管如此，鯊魚想捕獲足夠的獵物并不容易，海洋如此廣闊，獵物輕易就能逃脫，大多數鯊魚通常要隔上好幾天甚至幾周才能吃到一頓大餐。

好在，鯊魚有一個好方法解決這個困境——隨身攜帶“冰箱”，將暫時吃不完的大餐儲存起來，當獵物不足時，它們就會將這些食物取出來，聊以充饑。鯊魚的“冰箱”功能強大，能將食物保存十天半月都不會壞掉，這樣，即使鯊魚很長時間捕捉不到足夠獵物，也不會餓死。

但是，鯊魚的“冰箱”，也即消化道是如何完成這項工作的？牛有四個胃，這四個胃可以同時完成不同的工作，當一個胃在進行消化時，也不耽誤其他的胃對食物進行儲存。而解剖結果表明，鯊魚只有一個胃，它如何能在消化食物的同時又儲存食物呢？

借助一種新方法，美國加州州立大學多明格斯山分校的研究人員第一次看到了鯊魚腸道的全貌。研究人員從不同角度拍攝了一系列鯊魚腸道的X射線圖像，再用計算機進行處理，將其組合成三維圖像，這樣，無需解剖或破壞原有結構，就能直接觀察到鯊魚腸道的復雜細節，最大程度地保留了消化道的原貌。他們驚奇地發現，鯊魚竟然在消化道中裝載有一個“特斯拉閥”，正是這一結構幫助它們完成了邊消化邊儲存的雙重功能。

鯊魚的腸道像盤山公路一樣盤旋曲折，在平滑肌的節律蠕動和重力的作用下，食物在腸道中緩慢移動，既能充分消化食物，也減少了處理食物所消耗的能量。與此同時，螺旋腸道的多個彎道像特斯拉閥一樣，能阻止食物回流，甚至能讓食物停在特定的位置，這樣就能起到儲存食物的效果。

鯊魚究竟是不是這樣消化并存儲食物的呢？研究人員計劃使用三維打印法創建幾種不同的鯊魚腸道模型，用以實際測試材料穿過結構的過程，驗證了他們的猜想。

拂去塵埃，大放異彩

受到鯊魚的啟發，美國加州州立大學的研究者希望能將特斯拉閥運用到廢水處理和水中微塑料過濾等領域，用最簡單的材料進行對流體的控制，既能讓流體通過又能截流流體中的其他雜質，讓特斯拉閥發揮應有的作用。

特斯拉閥還有著更多的應用潛力。特斯拉閥不需要通過其他活動部件來控制流體的運動，可以使用多種材料來制造，減少了部件被腐蝕或磨損而損害功能的可能性，更加耐磨、耐用。目前，特斯拉閥已被廣泛用于微流體和脈沖噴射發動機中，用來輸送燃料、冷卻劑、潤滑油或其他氣體和液體。除了流體，特斯拉閥竟然對火焰也有“截流”的效果。在此前的一項研究中，研究人員發現，用噴槍對著特斯拉閥的左側噴火，發現火焰難以從右側噴出。而交換一下位置，從右側噴火，高速攝影機下可以清楚地看到火焰順利快速地通過特斯拉閥。這種特性是不是可以在火箭發動機中有所應用呢？如果將火箭的噴火管道設計成特斯拉閥，甚至彎曲盤旋起來，是不是可以大大提高噴發速度，增大火箭的推力呢？對相關領域的科學家而言，也許會是一個重大的啟發。特斯拉不愧是一個偉大的發明家，他在幾十年前制造出的一個簡單的小玩意兒，后世的人們仍不能完全領悟其中的魅力。