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出品：科普中國

作者：郭菲（煙台大學）

監製：中國科普博覽

五顏六色的肥皂泡在空中飛舞，很可能是每個(ge) 人都有過的童年記憶。

（圖片來源：Veer圖庫）

其實，氣泡的產(chan) 生不僅(jin) 是日常生活中非常普遍的現象，還有很多工業(ye) 領域都涉及到氣泡的產(chan) 生和消除，而且處理這些小小的氣泡，還可能是工業(ye) 中的重要環節。這也讓科學家們(men) 對氣泡有著孩童一樣的興(xing) 致。

今天這篇文章就來探秘氣泡，同時指導你科學吹泡泡！

肥皂泡的微距攝影，作者Pashminu

（圖片來源：維基百科）

愛你恨你不如研究你

產(chan) 生氣泡是我們(men) 司空見慣的自然現象，但其實氣泡是影響工業(ye) 製品質量的重要因素。

例如在對金屬表麵進行電鍍處理時，隨著過程的進行，在鍍層表麵附近往往會(hui) 產(chan) 生大量氣泡，因此需要在配方中加入一定的消泡劑，從(cong) 而避免鍍層中出現氣孔缺陷。與(yu) 之類似的是金屬和玻璃的熔煉過程，我們(men) 同樣希望能夠通過抑製氣泡，盡量減少金屬鑄件或者玻璃製品中出現氣孔影響質量。

鑄件中的氣孔缺陷，作者：Orion Lawlor

（圖片來源：維基百科）

除了對工業(ye) 中某個(ge) 環節的影響，自然界中的氣泡有可能還會(hui) 給人“找麻煩”。

我們(men) 經常能夠觀察到大量泡沫漂浮在湖泊這樣流動性較差的自然水體(ti) 的水麵上。這些泡沫中含有豐(feng) 富的表麵活性物質，因此不容易破碎。它們(men) 漂浮在水麵上會(hui) 對水中漂浮著的懸濁物以及微生物等產(chan) 生強烈吸附作用。

這些泡沫可不像表麵看起來那麽(me) 無害。如果這片泡沫正巧出現在被汙染的水體(ti) 之上，這些泡沫在破碎時，會(hui) 向周圍釋放大量的氣溶膠，從(cong) 而造成湖泊周邊也被汙染的後果。因此水體(ti) 排汙處理過程中，往往最先進行的就是打撈表麵的浮沫。

美國南加州的一條汙染河流，大量白色泡沫清晰可見

（圖片來源：維基百科）

泡沫很多時候是我們(men) 的麻煩，但很多時候又可能是我們(men) 的朋友。

和消泡劑相反，發泡劑是故意讓大量氣體(ti) 產(chan) 生的化學藥品。例如在某些塑料的製作過程中，發泡劑會(hui) 讓塑料製品中產(chan) 生大量尺寸均勻的孔洞，這些孔洞可以極大降低成品的密度，從(cong) 而在減少成本的同時，提供更加輕便的使用體(ti) 驗。此外，大量的孔隙還有阻隔熱量傳(chuan) 播的效果，因此房屋外牆的隔熱層就經常使用發泡塑料材質；麵點製作過程中的發酵以及發泡奶油等都是氣泡在生活中的常見應用。

正因為(wei) 氣泡這麽(me) 常見的同時，又對生產(chan) 和生活有著不小的影響，科學家們(men) 也從(cong) 數百年前就開始研究氣泡了。數學家們(men) 會(hui) 利用氣泡來探尋空間中物體(ti) 的體(ti) 積和表麵積之間的相關(guan) 規律，比如相同表麵積下的最大建築空間；化學家們(men) 會(hui) 研究氣泡相關(guan) 的化學性質，比如研製新的表麵活性劑成分；而物理學家們(men) 則會(hui) 嚐試描述肥皂泡的行為(wei) ，例如它們(men) 的蒸發和破損等等。

應用了氣泡設計元素的“水立方”，作者：Charlie fong

（圖片來源：維基百科）

泡泡新發現，人類有望吹出“完美泡泡”？

近日，法國的科學家團隊就發現了肥皂泡的一些新奇表現。甚至製作出了你想要的那種又大又不容易破裂的“完美泡泡”。

在討論怎麽(me) 製造出穩定的泡泡之前，我們(men) 先來看看這個(ge) 問題：肥皂泡為(wei) 什麽(me) 最終都會(hui) 破碎？

正常狀態下，肥皂泡產(chan) 生後都難逃破裂的命運。這是因為(wei) 肥皂泡本質上是液體(ti) 形成的薄膜，它在形成後自然要蒸發，而隨著蒸發的進行，膜表麵的物質越來越少，終歸會(hui) 有一刻，原本完整的肥皂泡上出現了某些薄弱的點，從(cong) 而造成整個(ge) 肥皂泡的破裂。

在之前描述肥皂泡行為(wei) 的相關(guan) 物理模型中，科學家們(men) 基本都假設肥皂泡的溫度和周圍環境溫度一致。但法國科學家的這一研究發現，這個(ge) 假設並不準確。

他們(men) 發現，肥皂泡在蒸發時，表麵溫度與(yu) 周圍環境並非保持一致，而是會(hui) 有極大下降，而且溫度差還會(hui) 隨著肥皂泡溶液的成分變動而有所不同。在比較極端的情況下，肥皂泡表麵的溫度甚至要比周圍環境低8℃。

那麽(me) 我們(men) 掌握了這樣一個(ge) 關(guan) 鍵的信息之後，是不是就可以輕輕鬆鬆製造出更難破裂的氣泡了呢？實際上，法國科學家的研究成果遠遠談不上是建立了肥皂泡穩定性的數學模型，相反，他們(men) 的一些實驗結論讓這個(ge) 模型變得更加複雜了。

簡單說來，法國科學家們(men) 的研究還告訴了我們(men) ，想要預測某種成分的肥皂泡何時破裂是一個(ge) 相當有挑戰性的問題，除了需要考慮不同溫度下的蒸發，還有重力這一影響因素。畢竟，重力是造成肥皂泡膜中的液體(ti) 逐漸向下方運動，從(cong) 而使膜上方變薄從(cong) 而破裂的主要原因。

在零下7℃中凍結的肥皂泡，作者：Larry-pilot，

（圖片來源：維基百科）

“完美泡泡”肥皂液配方曝光

很多人可能有過自己嚐試調配肥皂泡溶液的經曆，但實際一試就知道，想要讓肥皂泡個(ge) 頭大、數量多而且壽命長，其實並不是一件容易的事情。

假如肥皂泡溶液隻是簡單地用了肥皂水或者洗潔精水，雖然確實會(hui) 有非常豐(feng) 富的泡沫，但卻很難讓肥皂泡變大，而且泡泡還會(hui) 很快就破裂。所以，售賣肥皂泡玩具的小販們(men) 還真是有些核心競爭(zheng) 力，他們(men) 秘而不宣的肥皂泡液配方，其實大有玄機。

小朋友吹肥皂泡

（圖片來源：維基百科）

雖然科學家們(men) 很難建立起肥皂泡穩定性的數學模型，不過，主導本次實驗的法國科學家們(men) 也為(wei) 我們(men) 準備了一份他們(men) 開發的肥皂泡液配方。利用這一配方，肥皂泡不僅(jin) 能夠輕易吹到直徑5厘米以上大小，還能夠保持1小時左右！

這份配方包含40毫升洗潔精、100毫升甘油、1克瓜爾膠以及1升水。家裏有這些材料的“小朋友”，不妨試試這份來自頂級物理期刊的肥皂泡液配方吧！

參考文獻：

【1】The physics behind building an enduring soap bubble

https://arstechnica.com/science/2023/01/the-physics-behind-building-an-enduring-soap-bubble/

【2】Measurement of the temperature decrease in evaporating soap films

https://arxiv.org/pdf/2212.07104.pdf

【3】泡沫洗手液為(wei) 什麽(me) 一按就能出泡沫？

https://k.sina.com.cn/article_5104880035_1304649a3019018m71.html

【4】拿鐵的奶泡持久度，奶油發泡持久性與(yu) 鞏固性原理和溫度有關(guan)

https://m.gafei.com/views-130207

【5】Bubbles Have an Unexpected Chill

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