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可樂氣泡新發(fā)現(xiàn)：困擾科學(xué)家上百年的秘密，被一個本科生破解了

天天喝碳酸飲料，天天看杯子里“咕嚕咕嚕”上浮的氣泡，卻從沒想過在氣泡這件小事上，竟然有一個困擾了科學(xué)家們一個世紀(jì)的問題。然而，這個問題卻被一個本科生給破解了，真想請他收下我的膝蓋。

先來回憶一下我們喝“肥宅快樂水”時的情景。將一罐可樂倒入杯中，杯子里“嘭嘭嘭”地產(chǎn)生了許多氣泡，隨后，氣泡慢慢浮到水面上。這個現(xiàn)象用物理原理解釋就是氣泡的密度小于可樂的密度，于是水給氣泡的浮力大于氣泡的重力，導(dǎo)致氣泡向上運(yùn)動。

不過請注意，這里的杯子是普通杯子，你家我家大家都有的杯子。但如果是一個不普通的杯子，比如，細(xì)成一根吸管的杯子呢？

100年前，就有科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，如果一根很細(xì)的管子里盛有液體，那么里面的氣泡就不會往上浮動。但至于為什么會產(chǎn)生這樣的現(xiàn)象，就成了困擾科學(xué)家們一個世紀(jì)的問題。

其實很早以前，就有人嘗試摘下破解這個問題的勝利果實。上世紀(jì)60年代，一位名叫Bretherton的物理學(xué)家第一個嘗試對這個反常的現(xiàn)象作出解釋。因此這個問題也被稱為“Bretherton問題”。

Bretherton假設(shè)在細(xì)管中的氣泡周圍包裹著一層非常薄的液體薄膜，它薄到我們的肉眼觀察不到。這個液體薄膜會和管壁接觸，當(dāng)浮力想讓氣泡往上漂浮時，便會產(chǎn)生摩擦阻力，當(dāng)重力、浮力、摩擦力平衡以后，氣泡便靜止不動了。然而理論再漂亮，也需實驗的支持。為了在實驗上觀察到液體薄層的存在，Bretherton設(shè)計了一個實驗裝置嘗試觀測它。然而實驗數(shù)據(jù)和理論的預(yù)測完全不符，假設(shè)失敗了。

科學(xué)家們并沒有停止好奇心，可即便他們在后續(xù)的各種實驗中絞盡腦汁，設(shè)計了各種復(fù)雜的實驗裝置，卻都未能發(fā)現(xiàn)液體薄膜的存在。

然而最近，這個困擾了無數(shù)科學(xué)家一個世紀(jì)的難題，竟然被一個本科生給破解了。在瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院柔性界面工程力學(xué)實驗室實習(xí)的本科生Wassim設(shè)計了一個新的實驗裝置，發(fā)現(xiàn)了這種液體薄膜的存在。

他和實驗室負(fù)責(zé)人Kolinski使用了一束光，照在樣本上，然后又使用了一種定制的干涉顯微鏡測量反射回來的干涉光。物理課本告訴我們，光在通過不同介質(zhì)的界面時，會反射一部分回來，因此，光在通過管壁與薄膜、薄膜與氣泡這兩個界面時都會反射一部分，但由于通過薄膜與氣泡界面反射回來的光，相比前者多走了薄膜兩倍寬的距離，于是這反射回來的兩束光就會有一個相位差，因此它們會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。

根據(jù)這個實驗原理，他們倆成功測量出薄膜的厚度——大約是1納米！現(xiàn)在你該知道為什么那么多科學(xué)家做了那么多實驗都找不到氣泡上的薄膜了，因為它實在是太薄了！

好了，難題倒是破解了。但另一個問題是，一個世紀(jì)以來的科學(xué)家們怎么都那么閑，一定要糾結(jié)于氣泡為什么在細(xì)管容器里不能浮上水面？其實破解這個問題，或許才能解釋另一個困惑了科學(xué)家們很久的問題：為什么疏松多孔的巖石中能夠存儲天然氣。

如果天然氣在巖石中也被一層很薄的液體薄膜包圍著，那么它們確實可以附著在多孔的巖石中不上浮。Wassim還指出，當(dāng)加熱管壁后，這層薄膜會逐漸消失，這或許為以后研究、開發(fā)天然氣提供了理論與技術(shù)上的指導(dǎo)。