想象有两个相同的杯子,一个装满咖啡,另一个装满牛奶,两个杯子的水位相同。 现在从咖啡杯中舀一茶匙咖啡到牛奶杯中并搅拌。 然后从牛奶杯中倒一茶匙混合物回咖啡杯中。 那么哪个杯子中的外来液体较多?
直觉上,人们可能会认为牛奶杯中的咖啡更多,因为第一茶匙中只有咖啡,而返回的茶匙是牛奶和咖啡的混合物。 令人惊讶的是,最后两个杯子中的异物液体量相同。 为此,我们分析了三个时间点的咖啡和牛奶量 \(t_0, t_1, t_2\):
- \(开头):咖啡杯里有全杯咖啡(T)而没有牛奶(0),牛奶杯里没有咖啡(0)而有全杯牛奶(T)。
- \t_1\(第一次倾析后): \(T-L\)咖啡和 \(0\)牛奶放在咖啡杯里, \(L\)咖啡和 \(T\)牛奶放在牛奶杯里(\( L\) = 茶匙量
- \(t_2\)(第二次倾析后):咖啡杯中的\(T-L+L_2\ )咖啡和\(L_ 1\ )牛奶,牛奶杯中的\(L-L_ 2\)咖啡和\(T-L_1\)牛奶(\(L_1\)=茶匙中的牛奶量,\(L_ 2\)=茶匙中的咖啡量)。
因为 \(L_1+L_2 = L\), \(L-L_2 = L_1\),所以咖啡杯中的牛奶量(\(L_1\))等于牛奶杯中的咖啡量(\(L-L_2\))。 这可以解释如下:在实验结束时,咖啡杯的装满水平与开始时相同。 但是,因为加了牛奶,所以一定有相同数量的咖啡离开了咖啡杯。 这些咖啡现在在牛奶杯中。