研究人员揭开了香槟酒优雅气泡背后的神秘面纱

来自布朗大学和图卢兹大学的研究人员发现，表面活性剂，也就是类似肥皂的化合物是香槟中气泡直线上升的原因。这种独特的气泡行为与其他碳酸饮料不同，对理解流体力学有重大意义，特别是在气泡引起的混合和自然现象方面。

这里有一些值得敬酒的科学发现： 来自布朗大学和法国图卢兹大学的研究人员解释了为什么香槟酒中的气泡会以直线上升，而其他碳酸饮料，如啤酒或苏打水中的气泡则不会。

发表在《物理评论-流体》杂志上的一项新研究描述了这一发现，它基于一系列数值和物理实验，当然包括倒出香槟、啤酒、气泡水和气泡酒的杯子。这些结果不仅解释了是什么让香槟酒有了气泡线，而且可能对理解流体力学领域的气泡流动具有重要意义。

"这是我多年来一直在研究的类型，"布朗工程教授罗伯托-泽尼特说，他是该论文的作者之一。"大多数人从未见过海洋渗漏或曝气池，但他们中的大多数人都喝过苏打水、啤酒或一杯香槟酒。通过谈论香槟和啤酒，我们的总体计划是让人们明白流体力学在他们的日常生活中是很重要的。"

研究人员调查了碳酸饮料中气泡链的稳定性，如香槟和起泡酒。

该团队的目标是研究碳酸饮料中的气泡链的稳定性。享受这些饮料的部分标志性体验是当饮料被倒出时形成的微小或巨大的气泡，创造出一个可见的气泡和汽水链。根据饮料及其成分的不同，所涉及的流体力学都是不同的。

例如，当涉及到香槟和起泡酒时，不断出现的气泡以一字排开的方式迅速上升到顶部，并在一段时间内一直如此。这被称为稳定的气泡链。对于其他碳酸饮料，如啤酒，许多气泡偏向一侧，使它看起来像多个气泡同时出现。这意味着气泡链并不稳定。

研究人员开始探索使气泡链稳定的机制，以及他们是否能够重新创建它们，使不稳定的气泡链像香槟或普罗塞克酒中的一样稳定。

香槟和起泡酒的气泡链呈直线上升。许多啤酒中的气泡链在上升时偏向一侧，使其看起来像多个气泡同时上升。

他们的实验结果表明，香槟和其他起泡酒中稳定的气泡链是由于作为肥皂状化合物的成分而产生的，这种成分被称为表面活性剂。这些类似表面活性剂的分子有助于减少液体和气泡之间的张力，使其顺利上升到顶部。

"理论上说，在香槟中，这些作为表面活性剂的污染物是好东西，"论文的高级作者Zenit说。"这些赋予液体风味和独特性的蛋白质分子是使它们产生的气泡链稳定的原因。"

实验还显示，气泡的稳定性受到气泡本身大小的影响。他们发现，有大气泡的链子有一个类似于有污染物的气泡的唤醒，导致平稳上升和稳定的链子。

然而，在饮料中，气泡总是很小。这使得表面活性剂成为产生直线和稳定链的关键成分。例如，啤酒也含有类似表面活性剂的分子，但根据啤酒的类型，气泡可以以直链上升或不上升。相比之下，碳酸水中的气泡总是不稳定的，因为没有污染物帮助气泡顺利地通过链中其他气泡留下的尾流。

"这种尾流，这种速度干扰，导致气泡被撞出，"Zenit说。"与其说是一条线，不如说是气泡最终以更多的锥形上升。"

研究人员说，这项新研究的结果远远超出了对庆祝性祝酒词的科学理解。研究结果提供了一个流体力学的一般框架，用于理解气泡流动中的集群的形成，这具有经济和社会价值。

例如，使用气泡诱导混合的技术，如水处理设施的曝气池，将大大受益于研究人员对气泡如何聚集、它们的起源以及如何预测它们的出现的更清晰的理解。在自然界中，了解这些流动可能有助于更好地解释海洋渗漏，其中甲烷和二氧化碳从海洋底部涌出。

研究小组进行的实验相对简单--有些甚至可以在任何当地的酒吧进行。为了观察气泡链，研究人员倒入一杯碳酸饮料，包括Pellegrino气泡水、Tecate啤酒、Charles de Cazanove香槟和西班牙风格的Brut。

为了研究气泡链以及使其稳定的原因，他们在一个小的矩形有机玻璃容器中注入液体，并在底部插入一根针，这样他们就可以泵入气体以创造不同种类的气泡链。

然后，研究人员逐渐加入表面活性剂或增加气泡大小。他们发现，当他们使气泡变大时，他们可以使不稳定的气泡链变得稳定，即使没有表面活性剂。当他们保持固定的气泡大小，只添加表面活性剂时，他们发现他们也可以从不稳定的链变成稳定的链。

研究人员在论文中解释说，这两个实验表明有两种不同的可能性来稳定气泡链：添加表面活性剂和使气泡变大。

研究人员在计算机上进行了数值模拟，以解释他们无法通过物理实验解释的一些问题，例如计算有多少表面活性剂进入气泡，气泡的重量和它们的精确速度。

他们计划继续研究稳定气泡链的力学，努力将其应用于流体力学的不同方面，特别是在气泡流中。

"我们对这些气泡如何移动以及它们与工业应用和自然界的关系感兴趣，"Zenit说。