理查德·费曼喜欢好的谜题。在他1985年的回忆录《别闹了，费曼先生！》中，他描述了一个让物理学家们困惑了几十年的思想实验：如果你将一个S形草坪洒水器浸入水中，并吸入水而不是喷出水，它会朝哪个方向旋转？
答案是，它确实会旋转，，但速度比正向模式慢大约50倍。一项新研究证实，其驱动机制是离心流产生的角动量通量，，这一原理适用于任何形状的洒水器，包括全球花园中那些 whimsically curved 的”傻瓜洒水器”。
谜题的悠久历史
反向洒水器问题实际上早于费曼。恩斯特·马赫在19世纪80年代就用类似的流体吸入装置进行过实验。但费曼对该谜题的普及，，以及他无法最终解决它，，使这个问题成为流体力学中一个经典的开放问题。
从20世纪80年代起，实验给出了相互矛盾的结果。有些显示稳定的反向旋转，有些只显示瞬态旋转，有些显示无旋转，还有些显示旋转方向取决于实验几何形状。这个问题获得了教科书级物理学悖论的地位。
2024年的突破
2024年1月，由纽约大学库朗研究所的Leif Ristroph领导的团队在《物理评论快报》上发表了一篇里程碑式的论文。他们制作了一个定制的S形洒水器，配备了一个超低摩擦旋转轴承，，一个浮在水箱中的轮毂，，并使用激光照明微粒和染料来可视化流动。
结果：反向洒水器确实会旋转，但速度约为正向模式的50分之一。其机制被他们称为”由内而外的火箭”。水射流在中心腔室内碰撞，但由于它们并非完全正面相遇，微小的净扭矩驱动了旋转。驱动力是弯曲臂中产生角动量通量的离心流。
2026年的扩展
现在，同一团队，，Jesse Etan Smith和Will Kuhlke作为新合著者加入Ristroph、Mingxuan Zuo和Brennan Sprinkle，，扩展了分析。7月13日发表在PNAS上的这项新研究，针对各种几何形状的洒水器测试了动量通量理论：螺旋形、环形、复杂曲线以及市售的”傻瓜洒水器”。
该理论在所有形状上都成立。
该研究还彻底排除了两种竞争性解释。马赫的涡旋反向旋转理论（源自19世纪80年代）无法解释观察到的扭矩。而费曼自己的外臂流理论，，即臂外侧部分的流动驱动运动的观点，，也被否定了：外臂流动没有任何效果。
“臂的几何形状控制着质量到动量通量的转换，”作者写道。各向同性流体从远场进入，在弯曲臂中旋转产生角动量，注入内部的残余部分驱动旋转。在正向模式下，这产生快速旋转；在反向模式下，相同的机制反向作用，产生相同的旋转方向但速度慢得多。
为何重要
除了解决一个长期存在的物理学谜题之外，这项工作具有实际意义。理解几何形状如何控制旋转流体系统中的动量通量，可以指导涡轮机、水动能收集器以及任何将流体流动转化为机械运动的设备的设计。
“我们的发现提供了对组件如何响应流体流动的更坚实理解，，这些知识可以指导未来工程和技术进步，用于诸如涡轮机等将流动转化为能量的设备，”科罗拉多矿业学院的Brennan Sprinkle说。
而对于普通的”傻瓜洒水器”，，那些孩子们在夏日草坪上奔跑穿过的彩色塑料环和螺旋，，其物理学原理，事实证明，是一样的。
来源
Smith JE, Zuo M, Kuhlke W, Sprinkle B, Ristroph L. “Geometry controls momentum flux in the sprinkler problem.” Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2537479123
Wang K, Sprinkle B, Zuo M, Ristroph L. “Centrifugal Flows Drive Reverse Rotation of Feynman’s Sprinkler.” Physical Review Letters 132, 044003 (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.044003
Ouellette J. “Solution to Feynman’s reverse sprinkler puzzle also applies to ‘silly sprinklers.'” Ars Technica (2026年7月13日). https://arstechnica.com/science/2026/07/solution-to-feynmans-reverse-sprinkler-puzzle-also-applies-to-silly-sprinklers/
婷 翻译