來自布朗大學和圖盧茲大學的研究人員發現，表面活性劑，也就是類似肥皂的化合物是香檳中氣泡直線上升的原因。這種獨特的氣泡行為與其他碳酸飲料不同，對理解流體力學有重大意義，特別是在氣泡引起的混合和自然現象方面。

這裡有一些值得敬酒的科學發現： 來自布朗大學和法國圖盧茲大學的研究人員解釋了為什麼香檳酒中的氣泡會以直線上升，而其他碳酸飲料，如啤酒或蘇打水中的氣泡則不會。

發表在《物理評論-流體》雜誌上的一項新研究描述了這一發現，它基於一系列數值和物理實驗，當然包括倒出香檳、啤酒、氣泡水和氣泡酒的杯子。這些結果不僅解釋了是什麼讓香檳酒有了氣泡線，而且可能對理解流體力學領域的氣泡流動具有重要意義。

“這是我多年來一直在研究的類型，”布朗工程教授羅伯托-澤尼特說，他是該論文的作者之一。”大多數人從未見過海洋滲漏或曝氣池，但他們中的大多數人都喝過蘇打水、啤酒或一杯香檳酒。通過談論香檳和啤酒，我們的總體計劃是讓人們明白流體力學在他們的日常生活中是很重要的。”

澆灌香檳

研究人員調查了碳酸飲料中氣泡鏈的穩定性，如香檳和起泡酒。

該團隊的目標是研究碳酸飲料中的氣泡鏈的穩定性。享受這些飲料的部分標誌性體驗是當飲料被倒出時形成的微小或巨大的氣泡，創造出一個可見的氣泡和汽水鏈。根據飲料及其成分的不同，所涉及的流體力學都是不同的。

例如，當涉及到香檳和起泡酒時，不斷出現的氣泡以一字排開的方式迅速上升到頂部，並在一段時間內一直如此。這被稱為穩定的氣泡鏈。對於其他碳酸飲料，如啤酒，許多氣泡偏向一側，使它看起來像多個氣泡同時出現。這意味著氣泡鏈並不穩定。

研究人員開始探索使氣泡鏈穩定的機制，以及他們是否能夠重新創建它們，使不穩定的氣泡鏈像香檳或普羅塞克酒中的一樣穩定。

香檳和起泡酒的氣泡鏈呈直線上升。許多啤酒中的氣泡鏈在上升時偏向一側，使其看起來像多個氣泡同時上升。

他們的實驗結果表明，香檳和其他起泡酒中穩定的氣泡鍊是由於作為肥皂狀化合物的成分而產生的，這種成分被稱為表面活性劑。這些類似表面活性劑的分子有助於減少液體和氣泡之間的張力，使其順利上升到頂部。

“理論上說，在香檳中，這些作為表面活性劑的污染物是好東西，”論文的高級作者Zenit說。”這些賦予液體風味和獨特性的蛋白質分子是使它們產生的氣泡鏈穩定的原因。”

實驗還顯示，氣泡的穩定性受到氣泡本身大小的影響。他們發現，有大氣泡的鍊子有一個類似於有污染物的氣泡的喚醒，導致平穩上升和穩定的鍊子。

然而，在飲料中，氣泡總是很小。這使得表面活性劑成為產生直線和穩定鏈的關鍵成分。例如，啤酒也含有類似表面活性劑的分子，但根據啤酒的類型，氣泡可以以直鏈上升或不上升。相比之下，碳酸水中的氣泡總是不穩定的，因為沒有污染物幫助氣泡順利地通過鏈中其他氣泡留下的尾流。

“這種尾流，這種速度干擾，導致氣泡被撞出，”Zenit說。”與其說是一條線，不如說是氣泡最終以更多的錐形上升。”

在論文的這張圖中，研究人員顯示，當在乾淨的液體中，氣泡的頻率增加到香檳酒中的氣泡鏈的速率時，氣泡鏈很快就失去了穩定性。資料來源：Roberto Zenit提供

研究人員說，這項新研究的結果遠遠超出了對慶祝性祝酒詞的科學理解。研究結果提供了一個流體力學的一般框架，用於理解氣泡流動中的集群的形成，這具有經濟和社會價值。

例如，使用氣泡誘導混合的技術，如水處理設施的曝氣池，將大大受益於研究人員對氣泡如何聚集、它們的起源以及如何預測它們的出現的更清晰的理解。在自然界中，了解這些流動可能有助於更好地解釋海洋滲漏，其中甲烷和二氧化碳從海洋底部湧出。

研究小組進行的實驗相對簡單–有些甚至可以在任何當地的酒吧進行。為了觀察氣泡鏈，研究人員倒入一杯碳酸飲料，包括Pellegrino氣泡水、Tecate啤酒、Charles de Cazanove香檳和西班牙風格的Brut。

為了研究氣泡鏈以及使其穩定的原因，他們在一個小的矩形有機玻璃容器中註入液體，並在底部插入一根針，這樣他們就可以泵入氣體以創造不同種類的氣泡鏈。

然後，研究人員逐漸加入表面活性劑或增加氣泡大小。他們發現，當他們使氣泡變大時，他們可以使不穩定的氣泡鏈變得穩定，即使沒有表面活性劑。當他們保持固定的氣泡大小，只添加表面活性劑時，他們發現他們也可以從不穩定的鏈變成穩定的鏈。

研究人員在論文中解釋說，這兩個實驗表明有兩種不同的可能性來穩定氣泡鏈：添加表面活性劑和使氣泡變大。

研究人員在計算機上進行了數值模擬，以解釋他們無法通過物理實驗解釋的一些問題，例如計算有多少表面活性劑進入氣泡，氣泡的重量和它們的精確速度。

他們計劃繼續研究穩定氣泡鏈的力學，努力將其應用於流體力學的不同方面，特別是在氣泡流中。

“我們對這些氣泡如何移動以及它們與工業應用和自然界的關係感興趣，”Zenit說。