西瓜无疑是炎热的夏天最亮丽的风景
其实我国人民自古以来就爱吃瓜！
不过我最近吃瓜吃多了，除了每天上厕所的次数变多外，倒是无意间悟透了一个跨越世纪的物理学超级难题！
大家高中物理课上都学过，在一百年前，电子的发现者、1906年诺奖J.J.汤姆逊老师提出了原子的西瓜模型：原子由正电荷和电子构成，电子像西瓜中的瓜籽一样均匀地分布在正电荷的瓜瓤中。
图片.png870x500 481 KB 这不科学！如果我早生100年，可能当时就能直接推翻这个模型！因为有一天我吃瓜的时候，切出来某两块瓜是这样的
图片.png1280x564 668 KB 这说明瓜籽在瓜内部的分布显然是不均匀的！
相信很多人都注意到了，瓜的中心部位最甜而且无籽，靠近瓜皮附近的瓜也无籽。既然瓜籽在瓜内部的分布存在某种规律，那我们必然可以顺应这种规律，找到一种科学的吃瓜方法完美避开所有的瓜籽，那吃起来多爽！遗憾的是，世面上还少有可操作的吃瓜策略，我们日常仍然在噗噗噗地吐瓜籽，低效而且不雅观。那么今天我将以近日吃的瓜为例，为大家给出一种优雅、高效的科学吃瓜方法！
瓜籽的分布规律
瓜的基本形状是椭球，深浅交替的绿色瓜纹沿长轴的经线方向分布，实际吃时多从赤道处对半分开拿勺子挖着吃。瓜的模型用matlab画出来大概长这样
图片.png1280x698 462 KB 为了研究瓜籽在西瓜中的分布，我们的方法非常直观：对西瓜进行切片断层扫描！把一个瓜剖成一张张薄片，统计瓜籽在其上的位置！
图片.png1280x593 513 KB 首先取一瓜，测量形状。此瓜长27 cm，宽19 cm，这是一个偏心率为0.7的很健康的成年椭瓜。
图片.png1125x771 813 KB 确认赤道位置，小心对半剖开！
AMAZING！从这两半瓜的赤道平面上似乎能看出一些图案！
瓜从其中心向外放射出一条条白色的线，线上的瓜瓤为浅红色，线间的瓜瓤为深红色。从下图可以隐约看出，黑色虚线将瓜分为4个部分（也有很多品种是3个部分），每一部分里有两道拼成爱心形的弧！
图片.png1280x640 1.73 MB （下图是网上找的，更明显）
放大看可以发现，所有的瓜籽都在四个爱心的内部和周围分布，瓜中心最好吃的那一口是完全没籽的！
图片.png915x908 1.61 MB 在每个爱心内部中心区域通常有4个瓜籽，我们定义为爱心籽。在每个爱心的两侧会各有2个瓜籽，仿佛在守卫着这两个爱心，定义为守卫籽。可能有的地方的瓜籽被埋在内部，但是整体上是这个分布！
图片.png1280x826 458 KB 这毕竟只是西瓜剖面上的瓜籽分布，为了研究瓜内部的瓜籽分布规律，我们把瓜沿纬线切片。大家都知道，切瓜往往是咔嚓一刀下去，瓜就咯噔一声不规则地裂开了。为了得到一个完整的平面瓜片，我采用了一种在现代化工业中广泛应用的高级精密加工方式——线切割。
然后就把半个瓜切成了完美的四张瓜饼
AMAZING！仔细看！每一片瓜中的瓜籽的分布规律完全是一样的！每一片瓜都是四个部分，每个部分里都有至多4个爱心籽和4个守卫籽。
图片.png1280x640 1020 KB 至此，瓜籽在西瓜中的分布规律已经十分清晰了！就大概长这样
图片.png1280x885 749 KB 如何科学切瓜
大家都喜欢大口大口吃无籽西瓜。现在我们已经知道瓜籽的分布规律了，怎样利用这一规律把任意一个西瓜都吃成无籽瓜呢？我们来实践一下！
所有的瓜籽都由守卫籽来守护，而两个部分的守卫籽之间是无籽的。我们沿守卫籽切开，可以得到四块细长条的守卫瓜、四块粗大的爱心瓜。
图片.png1132x986 1.52 MB 比如这是一块切下来的守卫瓜。
图片.png1280x634 677 KB 守卫瓜的内部完全没有瓜籽，只在表面有一些守卫籽。把守卫籽随便扒拉两下，就可以直接大口吃了！
吃完守卫瓜之后剩下的大爱心瓜里瓜籽就比较复杂了，怎么才能吃得比较爽呢？
图片.png1280x1280 1.16 MB 只要解构了一块爱心瓜的结构，吃法就一目了然
图片.png1280x853 518 KB 首先，沿上图黄线将爱心瓜切成三块
第一块完全没有籽，直接大口吃！
第三块靠近瓜皮的部分也完全无籽，直接大口吃！虽然这块不甜……
所有的籽都集中在第二块，切开看发现，这块里全特么是籽……
有什么办法能避开这么多籽呢？
没办法，不吃了
冰镇西瓜冰多久才能冰透？
夏天我们经常遇到关于冰镇西瓜的哲学难题：天气热很想赶快吃一个冰西瓜解暑，新买来的瓜却是热乎乎的，把热瓜放冰箱里又不知道要多少时间才能冰透，冰透的时候人又可能已经不渴了……
那么问题来了：西瓜放冰箱里究竟要多少时间才能冰透？
每个优秀的模型都会基于一些巧妙的假设，这次的理论也是建立在几条非常符合实际的假设之上的，我们称之为理想西瓜假设：
1、西瓜的外形是一个半径为R的完美的球体
2、西瓜没有瓜皮，没有瓜籽，瓜瓤也是完全均匀的，不管是导热能力还是密度还是比热容之类的全是均匀的！一切物性参数都不会随温度变化！反正西瓜就是超完美！
3、我家的冰箱是一个恒温4 ℃的完美冰箱
数学建模就是要抓主要矛盾，这几个假设简直是神来之笔！下面问题就很简单了，是一个完美均匀球形西瓜放在完美均匀冰箱中的冷却问题。
以下为理论推导，可快进
计算结果如下！两横坐标轴分别代表离瓜心的距离以及冷却时间，纵坐标代表温度。从这张图中可以读出冷却过程中任意时刻、瓜内部任意位置的温度。
结果令人震惊！按我这个模型，西瓜放冰箱里冰上5小时之后，表面也才冷却到了17 ℃，而瓜心最好吃的那一口还有22.6 ℃的高温？？？
为了验证我的理论，我把瓜在冰箱里冰了5个小时后，切成两半测了它内部的温度。
AMAZING！测出来的结果和我的理论计算结果相当吻合啊！这说明瓜在冰箱里冷却就是很慢！
我们把半径9 cm的理想西瓜放在6 ℃的完美冰箱中冷却10小时，计算出的逐渐冷却效果是这样的。
10小时才勉强变冷，看来冰一整个西瓜真的是一件很困难的事情啊……
下图是一个半径15 cm的大球瓜的模拟冷却曲线
这个结果告诉我们：
1、一个瓜在冰箱里冷藏整整一天才基本算是冰透了，如果想吃瓜的时候才现冰就晚啦！
2、在冷却过程中，瓜皮和瓜心的温度差异非常大！
3、一般10-15 ℃的西瓜口感较为冰爽，从图像上可以看出冷藏12-15个小时为宜。为了每天下班的时候能吃到冰爽的西瓜，建议大家前一天半夜3点起床冰瓜。
参考文献
1.联合国粮食及农业组织 http://www.fao.org/faostat/zh/#data/QC
2.谢珊, 吴江涛. 西瓜热物性的测定及冷藏过程模拟[J]. 第七届全国食品冷藏链大会论文集, 2010.
/2 
