可乐气泡新发现

Chenyu Zhu

先来回忆一下我们喝“肥宅快乐水”时的的情景：将一罐可乐倒入杯中，杯子里“嘭嘭嘭”地产生了许多气泡，随后，气泡慢慢浮上来。这个现象用物理原理解释就是气泡的密度小于可乐的密度，于是可乐给气泡的浮力大于气泡的重力，导致气泡向上运动。

不过请注意，这里的杯子是大家都有的普通杯子。但如果是一个不普通的杯子，比如，细如一根吸管的杯子呢？

100多年前，就有科学家发现，如果一根很细的管子里盛有液体，那么里面的气泡就不会往上浮动。至于为什么会产生这样的现象，则成了困扰科学家们一个世纪的难题。

其实在很早以前，就有人尝试摘下破解这个难题的胜利果实。20世纪60年代，一位名叫布雷瑟顿的物理学家第一个尝试对这个反常的现象做出解释。因此这个问题也被称为“布雷瑟顿问题”。

布雷瑟顿假设，在细管中的气泡周围包裹着一层非常薄的液体薄膜，它薄到我們的肉眼观察不到。这个液体薄膜会和管壁接触，当浮力想让气泡往上漂浮时，便会产生摩擦阻力，当重力、浮力、摩擦力平衡以后，气泡便静止不动了。然而理论再完美，也需实验证明。为了在实验中观察到液体薄膜的存在，布雷瑟顿设计了一个实验装置尝试观测它。然而实验数据与理论预测完全不符，假设不成立。

科学家们并没有停止探索，可即便他们在后续的各种实验中绞尽脑汁，设计了各种复杂的实验装置，却都未能发现液体薄膜的存在。

然而最近，这个困扰无数科学家一个世纪的难题，竟然被一个本科生破解了。在瑞士联邦理工学院柔性界面工程力学实验室实习的本科生沃斯姆设计了一个新的实验装置，发现了这种液体薄膜的存在。

他和实验室负责人科林斯基使用了一束光，照在样本上，然后又使用了一种定制的干涉显微镜测量反射回来的干涉光。物理课本告诉我们，光在通过不同介质的界面时，会反射一部分回来，因此，光在通过管壁与薄膜、薄膜与气泡这两个界面时都会反射一部分。但由于通过薄膜与气泡界面反射回来的光，相比前者多走了薄膜两倍宽的距离，于是这反射回来的两束光就会有一个相位差，因此它们会产生干涉现象。

根据这个实验原理，他们俩成功测量出薄膜的厚度——大约是1纳米！现在你该知道为什么那么多科学家做了那么多实验都找不到气泡上的薄膜了吧，因为它实在是太薄了！

好了，难题是被破解了。但另一个问题是，一个世纪以来的科学家们怎么都那么闲，一定要弄明白气泡为什么在细管容器里不能浮上水面？其实只有破解这个难题，或许才能回答另一个困惑科学家们很久的问题：为什么疏松多孔的岩石中能够存储天然气？

如果天然气在岩石中也被一层很薄的液体薄膜包围着，那么它确实可以附着在多孔的岩石中不上浮。沃斯姆还指出，当加热管壁后，这层薄膜会逐渐消失，这或许为以后研究、开发天然气提供了理论与技术上的指导。