可樂氣泡新發現

Chenyu Zhu

先來回憶一下我們喝“肥宅快樂水”時的的情景：將一罐可樂倒入杯中，杯子里“嘭嘭嘭”地產生了許多氣泡，隨后，氣泡慢慢浮上來。這個現象用物理原理解釋就是氣泡的密度小于可樂的密度，于是可樂給氣泡的浮力大于氣泡的重力，導致氣泡向上運動。

不過請注意，這里的杯子是大家都有的普通杯子。但如果是一個不普通的杯子，比如，細如一根吸管的杯子呢？

100多年前，就有科學家發現，如果一根很細的管子里盛有液體，那么里面的氣泡就不會往上浮動。至于為什么會產生這樣的現象，則成了困擾科學家們一個世紀的難題。

其實在很早以前，就有人嘗試摘下破解這個難題的勝利果實。20世紀60年代，一位名叫布雷瑟頓的物理學家第一個嘗試對這個反常的現象做出解釋。因此這個問題也被稱為“布雷瑟頓問題”。

布雷瑟頓假設，在細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，當浮力想讓氣泡往上漂浮時，便會產生摩擦阻力，當重力、浮力、摩擦力平衡以后，氣泡便靜止不動了。然而理論再完美，也需實驗證明。為了在實驗中觀察到液體薄膜的存在，布雷瑟頓設計了一個實驗裝置嘗試觀測它。然而實驗數據與理論預測完全不符，假設不成立。

科學家們并沒有停止探索，可即便他們在后續的各種實驗中絞盡腦汁，設計了各種復雜的實驗裝置，卻都未能發現液體薄膜的存在。

然而最近，這個困擾無數科學家一個世紀的難題，竟然被一個本科生破解了。在瑞士聯邦理工學院柔性界面工程力學實驗室實習的本科生沃斯姆設計了一個新的實驗裝置，發現了這種液體薄膜的存在。

他和實驗室負責人科林斯基使用了一束光，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，因此它們會產生干涉現象。

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

好了，難題是被破解了。但另一個問題是，一個世紀以來的科學家們怎么都那么閑，一定要弄明白氣泡為什么在細管容器里不能浮上水面？其實只有破解這個難題，或許才能回答另一個困惑科學家們很久的問題：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，那么它確實可以附著在多孔的巖石中不上浮。沃斯姆還指出，當加熱管壁后，這層薄膜會逐漸消失，這或許為以后研究、開發天然氣提供了理論與技術上的指導。