互动科普

我们的身边飘浮着很多泡泡。碳酸饮料为什么会冒泡？肥皂泡为什么不易消失？让我们一起探寻这些泡泡的秘密吧。我们还会介绍有关小气泡的先进技术以及自古以来科学家们就致力于研究却至今仍未解决的课题：聚集到一起的泡泡是什么形状的？它们又是怎样变化的？

肥皂泡、搅打奶油、汽水和啤酒等等，在我们的日常生活中可以看到各种各样的泡泡。但是泡泡究竟是什么呢？

泡泡是气体被液体或固体包围后产生的。

图：一说起泡泡，大家也许就会想到球形，但是实际上随着泡泡膜上水分的流失，它会变成多面体。虽然泡泡一直飘浮在我们身边，但是人们至今还没有完全了解它的构造。从19世纪物理学家普拉蒂奥到现代的研究学者，科学家们一直非常关注关于泡泡的物理学研究。

既有从碳酸饮料喷出的泡泡那样封闭在液体中的泡泡，也有像浮在水面上的气泡或肥皂泡那样以膜为介质与空气接触的泡泡。有的泡泡不是单独的，而是像啤酒沫、搅打奶油以及灭火器的泡泡那样集合在一起。通常情况下，我们把单独的泡泡叫做气泡（bubble），气泡的集合体叫做泡沫（foam）。一般后者存在的时间更长，但最终还是会消失，因为它是由液体构成的。

另外，也有像面包或蛋糕那样的固体气泡或泡沫。自然界中存在的固体泡泡有海绵、骨头以及在火山中产生的浮石。人工制造的有发泡聚苯乙烯以及发泡混凝土等。近年来，被称为“发泡金属”的海绵状金属的开发也在进行中，作为缓冲材料，因其质量轻、强度高而备受瞩目。

本文中，我们将探寻不断变幻的液体泡泡的行为及其隐藏的规则。前半部分我们会观察从碳酸饮料中产生的一个单独的气泡的一生（产生、上升、破裂），后半部分我们将考察像啤酒泡泡以及肥皂泡这样的泡沫的稳定性，以及科学家们一直致力于研究的泡沫的几何学及其未解决的课题。相信通过本文你会更加了解我们身边多姿多彩的泡泡。

泡泡的诞生：溶解在液体中的气体的出路

碳酸饮料的泡泡是如何产生的呢？肥皂泡、搅打奶油等，是因为不断进行搅拌从而吸收空气而产生了泡泡。碳酸饮料则不同，即使是稍微晃一下也会产生井喷似的泡泡，在打开瓶盖的瞬间也会产生泡泡。

碳酸饮料、啤酒、汽水等是通过加压的方式溶入了大量二氧化碳分子，这些气体分子从液体中逃出时产生泡泡。容器中一般压强为几个大气压（进行二次发酵的汽水压强高的话可达到6个大气压），一打开瓶盖，压强会下降到1个大气压。压力减小，液体中可溶解的气体分子数量也会减少，这样，气体分子就会从液体中逸出，产生泡泡。

像这样由于气压的变化而产生的泡泡，在潜水时就成为必须注意的问题。人背着氧气瓶潜到深处时，随着水压的增大，大量氮气（空气的主要成分）溶入血液中。通常，空气中的氮气会随着呼吸排出体外，因为它对人体是无用的。但是，如果你很快地从水下上升到水面的话，氮气会来不及排出，从而在体内形成气泡。这样的气泡如果充满血液的话，会给身体带来危害。这就是潜水病，也叫做减压症。

（本文发表于《科学世界》2012年第6期）