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如何用糖和奶油教科学

高中老师正把冰淇淋带进实验室。

在7月份的热浪中,拉森C冰山开始了它的海洋之旅,一个冰激凌“支持会议”在曼哈顿召开。由西沃恩·罗伯茨……

D在7月份的热浪中,拉森C冰山开始了它的海洋之旅,一场冰激凌“支持会议”在曼哈顿召开。一间高中教室里的老师们像摇宝丽来照片一样摇着它,研究剧烈搅动的冰、盐、奶油和糖如何用于教授数学和科学,甚至更多。这个工作坊是“夏日思考”的一部分,由数学家、量化投资者、亿万富翁詹姆斯·西蒙斯(James Simons)创立的非营利组织“美国数学”(Math for America)每年为纽约市的教学奖学金提供1500万美元,今年秋天宣布了一项为期十年的投资,总额近2.5亿美元)。

夏天觉得行程还包括等会议,对“气候正义;“深潜,“赢得人心,”,产生了“青少年生存指南”(教师)部分基于年终采访一个学生形容高中,“青少年的地方被剥夺的一半的生命。”冰淇淋永远是可靠的解药;美国去年的产量为9186.43亿加仑(自2014年以来增长了5%以上;可以理解,从各方面考虑)。

哥伦比亚中学的化学老师雷切尔·琼和弗兰克·麦考特高中的拉里莎·克拉玛丘克主持了这次冰激凌支持活动,他们从克拉玛丘克设计的一门名为“什么是烹饪?”——在味觉测试前后,用激光枪温度计对准嘴巴,测定辣椒的热度指数;在根汁啤酒实验室里观察发酵的化学过程。“这是一种非线性的教学方法,”克拉玛丘克说。学生们设计自己的实验,遵循他们的好奇心和任何符合他们想象的探索路线——这是一个引人入胜的过程,在解决数学和科学焦虑方面起到了某种灵丹妙药的作用。然而,克拉玛丘克警告说,在这种更有活力的规则下,教师也必须拥抱未知。“我真的很害怕,”她告诉她的同事。“我不得不放弃了解一切的需求。有时我告诉我的学生,‘我不知道所有的答案。让我们一起讨论,一起调查并找出答案。这是科学。’”

作为某种科学对照,老师们从这个基本配方开始测试冰淇淋:

在一个大的密封塑料袋里,合并:

2杯冰
1杯盐

在一个小的密封塑料袋里,合并:

½杯牛奶
半杯鲜奶油
¼杯糖
1 / 4茶匙香草精

把小袋子放在大袋子里面。密封紧密。给OutKast打个招呼,"摇啊,摇啊"摇十分钟。克拉玛丘克说:“如果你感到沮丧,那是一件好事。“挫折意味着你在学习。”

两个标准的可教时刻是“溶解度”和“冰点降低”。在冷冻过程中,“我们有可能品尝到乳脂的诞生”,正如哈罗德·麦基(Harold McGee)在《关于食物和烹饪,厨房的科学和知识(课程参考文本之一)。早在20世纪80年代初,芥花籽油还是一种新奇的东西。在撰写第一版时,麦吉在序言中提到柏拉图,为他看似琐碎的话题辩护。柏拉图是最早提出食品值得严肃科学研究的人之一。在高尔吉斯当时,苏格拉底与诡辩家共进晚餐,并评论道,当时仅仅是“专门致力于培养快乐”的烹饪,将受益于医学所采取的方法,后者“研究了它所治疗的主题的本质”,提升为一种真正的艺术。冰淇淋的演变也是如此(两勺“波旁冬南瓜”和“填料”,有人要吗?!)纯奶油冷冻后会像石头一样硬。加入糖,一种溶质,可以使它更软;糖阻止了有序的冰晶结合,也降低了奶油的冰点,所以它不会在冰浴中凝固。“让冰淇淋成为可能的,”麦吉解释说,“是少量的化学发明,”这在13世纪的阿拉伯世界、17世纪初的意大利和1672年查理二世的英格兰都是众所周知的:“如果把盐加到冰里,盐就会溶解在雪泥里,降低冰点,让它冷却到足以冰冻加糖的奶油。”

“这是一种非线性的教学方法。”

教室里,四组研讨会参与者不停地摇啊摇啊摇,泰勒·斯威夫特说:“宝贝,我要摇啊摇啊摇……”他们每分钟都按指示停下来,测量雪泥的温度。“我对这些数据感到非常兴奋,”Kramarchuk说。冰淇淋的化学键是在26.6华氏度左右形成的,取决于糖的含量。不过,每个研究小组都用一个独立变量——不同类型的牛奶、糖或盐(比如氯化镁)——来改变它们,催化出不同的结果。这种魔力可以用化学课上一个臭名昭著的记忆方法来总结。“还记得呕吐吗?”克拉玛丘克问道:“打破化学键,吸收能量,释放能量,形成化学键。”

这个冰淇淋实验主要是关于化学计量学的,化学计量学是化学反应的数学,它利用了代数和几何。但是,随着好奇心的滑坡,微积分——对不断变化的数学研究——也可以发挥作用,解决这个需要解决的普遍问题:为什么你必须立即开始认真地舔冰淇淋蛋筒,以防止它大量滴下,但一旦吃了一半,你就不再有那么多滴?答案,根据美国的数学大师安德鲁·威利老师教一个有关微积分的速成班今年夏天高中高年级同学在布鲁克林的技术,可以在相关的变化率半径的卷冰淇淋融化在任何给定的时刻。“如果你假设冰淇淋在其表面融化,那么就可以合理地假设半径以恒定的速率减小。如果是这样,那么半径越大,体积变化就越大,大约是半径的12倍,”他说。“因此,当半径增大时,开始融化的冰淇淋要比接近结束时融化的冰淇淋多得多。”

也有机会进行更抽象的研究。最近提交的论文优化:数学规划学报用各种“冰淇淋约束系统“对于一些形而上学的研究,有实验哲学家乔纳森济慈最近的发明是“人类世冰糕”,这是一种可食用的气候反馈模型,数据编码在口味中,由消化道感知,并由肠道神经系统处理,导致对气候危机的更深入的理解——一种“直觉”。更确切地说,济慈称之为“数据烹饪化”。济慈既在康奈尔大学的认知神经学家的实验室里,也在洛杉矶街头的冰淇淋车上进行这项研究。

然后可以对生物学进行研究,因为如果不是死的警告华莱士·史蒂文斯(Wallace Stevens)的诗《冰淇淋之王》(The Emperor of冰淇淋)经常被作家斯蒂芬·金(Stephen King)引用。金告诉我,他第一次读这首诗是在大学二年级的时候,他经常回顾这首诗萨勒姆的他称之为“一首关于死亡的诗”。“基本上是关于死亡的,你不觉得吗?”国王问道。在卧室里,一具脚上长着角质的尸体,冰冷而沉默,等待着她醒来;在厨房里,姑娘们忙着搅起诱人的凝乳。“至于冰淇淋,它会融化,”金说。“我们的生命也是如此。最后,我们都躲在被单下面。冰淇淋之王就是死神。”波士顿学院(Boston College)的名誉教授、诗人保罗·马里亚尼(Paul Mariani)(也是史蒂文斯的最新传记作者)认为这首诗……“令人心寒”。“基本上,我告诉我的学生这是一个。及时行乐诗:你抓住每一天。唯一的皇帝,唯一值得崇拜的东西,就是快乐,因为死亡在等待着你。”他认为史蒂文斯的灵感来自哈姆雷特,哈姆雷特告诉克劳迪斯:“你的蠕虫是你唯一的饮食皇帝。”我们让别人发胖是为了让自己发胖,我们自己发胖是为了吃蛆虫……”

回到教室,10分钟的冰淇淋钟缓缓落下,克拉玛查克紧盯着她的智能手表——她想确保有足够的时间来“分享”最重要的结果。当甲壳虫乐队开始轮换的时候——“……好吧,摇一摇,宝贝,现在(摇一摇,宝贝)”——乐队已经果断地站稳了脚跟。在脂肪奶油的基质中形成冰晶,与空气细胞混合,使最终产品更容易舀取。尽管方法粗糙,但结果还是相当美味的:粘稠的奶油状,不甜腻的,偶尔有咸味,这是由Ziploc的低密度聚乙烯塑料的渗透性造成的,至少根据一些即兴小组的假设。与此同时,克拉玛查克给大家分发巧克力糖浆和巧克力屑——当然,这些都是无关的变量,为什么不呢?“你们的胖国王和你们的瘦乞丐,服务方式千差万别,”哈姆雷特说,“一桌两碟。这是结束。”


西沃恩·罗伯茨(Siobhan Roberts)是《玩耍的天才:约翰·霍顿·康威的好奇心》。她的鹦鹉螺文章。”一位“无限富有”的数学家迎来了100岁生日”,出现在2017年最好的数学写作

摄影学分:M. Unal Ozmen / Shutterstock

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