面點早餐100例千層餅的做法（數學家教你烤肉餅）
2023-05-18 21:55:20 3
萬博 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI
不得了！現在連烤個肉餅都需要數學加持了。
最近，一位等離子體物理學博士用三大偏微分方程中的熱方程 （The Heat Equation）證明：
在烤肉的過程中，多次反轉肉餅使其兩面多次加熱，可以加快肉餅烤制的速度，最佳策略下能節省29%的烹飪時間。
而且，翻轉肉餅的最佳時機也暗藏玄機：
前幾次翻轉間隔時間要大概一致，而最後一次，則需要等久一點再翻面。
相關論文已上傳到arXiv上。
這個方法要是被漢堡大戶KFC們知道了，還不笑開花？
不僅節省燃料成本，出菜速度也提上來了，妥妥降本增效小妙招啊。
不過，也有網友表示，一般情況下我都會遵從科學指示，不過吃這件事上還是烤肉的品質更重要：
還有網友表示，想拿著這篇論文去應聘漢堡王的大廚了：
在此之前，科學食品作家哈羅德-麥基 （Harold McGee）已經提出：
如果在烤肉的過程中，通過多次快速翻轉肉餅，就能讓肉餅的兩面同時加熱，這種操作相比烤完一面再烤另一面的常規烹飪方式，烹飪時間更短。
但是這種猜想，並沒有在理論層面進行證實。
於是，來自威斯康星大學麥迪遜分校的數學家：讓-呂克-蒂菲奧特 （Jean-Luc Thiffeault），用一個基於熱方程的數學模型，讓這一猜想得到實錘。
整個證明過程，是這樣的：
首先，蒂菲奧特設想了一個場景：
對一個厚度為1釐米，面積無限大的肉餅進行烤制，溫度設定為200⁰C。
烤制過程中，肉餅的厚度設定為z˜=0到z˜=L，溫度變化滿足熱方程Te t˜= κTez˜z˜，0 < z ˜ 0。
方程的初始條件為Te(˜z, 0) = Te0(˜z)，邊界設定為牛頓冷卻定律− k Tez˜(0,t˜) = h˜ 0 (TH − Te(0,t˜)), k Tez˜(L,t˜) = h˜ 1 (TC − Te(L,t˜)。
（這裡的熱方程理論，是19世紀由約瑟夫·傅立葉提出的，主要作用是模擬熱定在給定區域的擴散過程。）
當肉餅加熱到70⁰C度時，證明肉餅可以出爐了。
之後，在滿足上述模型和設定條件下，蒂菲奧特模擬了肉餅只翻動一次和多次翻動情境下的烤制時間。
結果表明，烤制過程中多次翻動肉餅，的確可以達到類似同時雙面烤制的效果，大大縮短烤制的時間。
將翻面時的受熱狀況用圖表示出來就是這樣的：
麥基的猜想得到證實，接下來的一個問題就是：
如何翻轉肉餅時間才是最短的？
蒂菲奧特模擬不同的翻轉次數和翻轉的間隔時間，同時用數學軟體MATLAB對模擬過程進行了優化。
通過不斷調整翻轉次數和間隔時間，蒂菲奧特有了3大發現：
首先，在最優翻轉次數——20次——情況下，最佳烹飪時間趨近於63秒，而單次翻轉時間為80.5秒，相比之下可以將烤制時間減少29%。
其次，烤制時間的數值曲線表明，隨著翻轉次數的增加，烤制時間優化水平會逐漸收斂。
也就是說，隨著翻轉次數的增加，對於烤制時間的優化效應會逐漸減少，無論翻轉次數如何增加，最多也只能節省29%的烤制時間。
最後，蒂菲奧特表示，烤制肉餅時翻轉的間隔時間也有秘訣：
從函數曲線來看，前面若干次的翻轉間隔時間應該大致相同，到了最後一次翻轉時，間隔時間應該長一點，這樣更有利於熱量在肉餅中擴散。
總結一下就是，想要烤肉熟得快，翻個20次也就夠了，最後一次翻轉的時候，記得時間間隔長一點。
各位看官，學會了嗎？
論文作者介紹這位教人烤肉的數學家讓-呂克-蒂菲奧特 （Jean-Luc Thiffeault），等離子體物理學博士，現任威斯康星大學麥迪遜分校的應用數學教授。
研究領域主要涉及應用數學以及流體動力學等。
迄今為止，在相關領域發表155部著作，被引用超過2500次。
參考連結：
[1]https://arxiv.org/pdf/2206.13900.pdf[2]https://www.discovermagazine.com/the-sciences/how-mathematics-solved-the-burger-flipping-problem
— 完 —
量子位 QbitAI · 頭條號籤約
關注我們，第一時間獲知前沿科技動態
,
