前方路人一口烟，为什么总来势凌厉令你躲闪不及？

来源公众号大学物理学，作者薛德堡。

一位大爷在你前面悠悠的走着，突然，你用手机屏幕外的余光瞥见，大爷原本背在后面的右手不见了——不好！说时迟那时快，你急欲躲闪，但为时已晚，一道凌厉的白色烟气直向你的面部袭来，一记无声的啪正中你脸——大爷那胸腔中喷出的三味真气不偏不倚被你尽数吸入。

无数次，路上这种冷不防的袭击，几乎从不会失手。而令人不快的是，前面那位始作俑者对此一无所知，依旧时不时来一口，继续享受着他的快活。

现在每次在外面走路，你都会留意是否有吸烟的人走在前面。如果有，最佳方案是：冲到他前面去，把他甩在后面越远越好。

但有时，遇到前面有人抽烟，但由于人多，或者路又窄，一时没办法超过他，只能任其阵阵打脸，那种滋味，就如同被按着脑袋闻屁一般，挺不好受的。

生活的经验总是经历无数次实验总结出来的。既然它总是如此的一致，必然有物理规律对此予以描述和预测。作为一个爱思考的人，这背后显然有需要你厘清的物理问题。

第一个问题：为什么烟不能留在原处，或者进一步聚集，而总是分开？

我们平时观察一个质点的运动，它可以来回往复的运动，例如单摆。但是我们从来没有看到这样的事情发生在由很多粒子组成的系统上面。

凡是涉及大量的粒子组成的系统，就是热学系统。而热学系统演化总是沿着一个自发的方向进行，而相反方向的过程并不能自动发生，这就是热力学过程的不可逆性。

例如，热的物体会自动将热传到低温物体，而不是相反；摩擦力做功会导致机械能转换为热能，但热能无法全部重新变成机械能；容器中的气体会逐渐扩散到整个容器空间中，而不会自动收缩到一个局部；不同浓度的溶液混合后，各个地方的浓度将会达到一致，不会自动回归不均匀。

所以，下面这个动画是不合理的。

对于一团烟雾——细颗粒物来说，因为它包含大量微粒，它的演化过程也是具有方向性的，它总是自动散开而不是聚集。

上图中容器中，没有任何外部因素作用，气体分子将会彼此分散，直到接近均匀地分布于容器中。我们称此过程为扩散，它是指粒子密度分布不均匀时造成的一种粒子从密度高向密度低的地方迁徙的现象。

气体自动扩散而不聚集，这是由热力学第二定律决定的。据此定律，一切热力学系统自动进行的过程都是使它的内部组份的结构和状态趋于更混乱。

描述这种混乱程度的物理量叫做熵，故热力学第二定律本质上就是熵增加原理。气体扩散后，分子的位置更加多样化——越来越混乱，符合熵增加的要求。

第二个问题：扩散有多快呢？真的能快到让旁边的人在一瞬间躲避不及？

扩散由系统内部的密度差引起，同时受到内部的压强差，温度差以及粒子的类型等因素的影响，所以扩散是一个非常复杂的问题。

若简单的按照布朗运动引起的扩散来考察，利用爱因斯坦扩散系数 其中  为粒子半径，  为流体黏度。如果取粒子半径为10个纳米，黏度为    ，温度为300K，则得扩散系数约为 可见，若仅考虑单纯的扩散，颗粒每秒钟才移动10个微米级别的距离。

这说明，仅靠单纯的扩散，烟雾不可能快到瞬间打脸的！

所以，烟雾能扩散这么快，是由更多的因素和机制导致的。当考虑烟雾在开放空间中的压强差、温度差和气流等各种因素时，实际扩散速度将非常快。

同时还要考虑到，人类的鼻子敏感性较高，即使只是微量的烟飘过来，也足够引起不适。因此，那悠悠的烟虽然看起来不紧不慢，但却瞬间却扑鼻而来，五脏六腑都被熏透了，哪怕好几米开外都无法幸免。

第三个问题：为什么感觉这烟总是往后飘？

环顾四周，这天气不错嘛，一丝风也没有。按说，零级烟柱直冲天呀，可这从人口中吐出的烟为什么总使劲往后窜呢？

很简单，原因出在你身上，因为你在往前走嘛。这背后涉及一个朴素的物理知识——相对运动。

对地而言，烟在水平方向原本静止，但相对你或吸烟者而言，烟则具有向后的速度，因此你会看到那烟直冲你而来，你走的越快，那烟以更加凌厉的速度迎面袭来。

类似的问题是：为什么我们走路时，总是感觉轻风拂面？

是的，你走的越快，这风还会变得更大。

第四个问题：烟应该比空气重，为什么却向上升？

烟雾由部分燃烧的碳氢化合物组成。这些是固体颗粒，由于重力的作用，它们本应该落到地面上。那它们为什么会上升呢？

因为通常情况下，燃烧会产生烟雾，必然伴随着热放出，提高了周围空气的温度。现在热空气比冷空气轻，并开始上升，上升的空气逆着重力向上推动固体颗粒上升。

最后一个问题：有人说，一边走路一边吸烟，毒素就被吹走了，还有助于锻炼身体，果真如此？

100%的谣言！

走路吸烟时，血液中胆固醇的总量与游离脂肪酸均增加，会引发血管粥样硬化的产生。另外走路抽烟会造成气管与支气管的腺体增生和呼吸道溃疡炎性反应加重。

如果边走路边吸烟，随着吸烟时间的增长，器官黏膜纤毛长期暴露在香烟的烟雾中，会使人体呼吸道黏膜纤维消除尘埃的能力受到阻碍，而发生急性支气管炎的概率会增高。

人处于运动状态，呼吸速度比安静时快，肺泡的换气功能加快，人体全身的血流循环和代谢速度也加快。吸入的有害物质更容易进入肺泡，更容易循环进入血液中。

烟卷燃烧后会产生一氧化碳，加上人体运动中呼吸频率的加快和深度增强，使人体吸入的一氧化碳在血液里的浓度超过万分之四十，就会影响血液的输氧功能。

有人可能会说：现在只是室内禁烟吧？室外没限制。

是这样吗？当然不是！下面是《公共场所控制吸烟条例》第二章中有关禁止吸烟的范围和措施的内容：

第十条 所有室内公共场所一律禁止吸烟。
第十一条 下列公共场所的室外区域全面禁止吸烟：
（一）托幼机构、儿童福利机构、学校、活动中心、教育培训机构等以未成年人为主要活动人群的公共场所的室外区域；
（二）高等学校的室外教学区域；
（三）妇幼保健机构、儿童医院、妇产医院的室外区域；
（四）体育、健身场馆的室外观众坐席、赛场区域；
（五）公共交通工具的室外等候区域；
（六）法律、法规规定的其他禁止吸烟的室外场所。

所以，室外有很多地方是不能吸烟的!

当然大多数室外空间没有限制，所以指责一个吸烟的路人是没有法律依据的。不过，有些国家和地区，例如日本和中国香港，都倡议人们走路时不要吸烟。

一座钢厂的烟囱影响一座城市，一根香烟恩泽一座公交车厢，而走路吸烟，就像一根移动的烟囱，一根尾巴拖到几十米开外。

当然，我们也应该体谅吸烟者，毕竟他们也是受害者嘛！但还是希望这种移动的烟囱越来越少。

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编辑：六块钱的鱼