大家都知道，香檳是一種著名的起泡酒，當我們倒入杯中時，就會看到無數(shù)的氣泡從杯底不斷冒出，形成一條條直線上升的泡沫鏈。這種現(xiàn)象非常美麗，也非常穩(wěn)定，即使過了一段時間，泡沫鏈仍然保持直線形狀。

但是，如果我們換成其他的碳酸飲料，比如啤酒或蘇打水，就會發(fā)現(xiàn)泡沫鏈并不直線上升，而是有些彎曲或分散，也不太持久。這是為什么呢？香檳中有什么特殊的成分或機制讓泡沫鏈如此穩(wěn)定嗎？

為了揭開這個謎題，來自法國圖盧茲大學和美國布朗大學的研究團隊進行了一系列的數(shù)值和實驗研究，并將結(jié)果發(fā)表在了《物理評論流體》雜志上。他們不僅解釋了香檳中泡沫鏈的穩(wěn)定性，還為流體力學領(lǐng)域中涉及氣泡流動的問題提供了重要的啟示。

首先，他們分析了影響泡沫鏈穩(wěn)定性的兩個主要因素：氣泡的大小和液體表面的污染程度。他們發(fā)現(xiàn)，當氣泡很小（直徑小于0.5毫米）時，它們會受到周圍液體的粘性阻力，導致它們上升速度較慢，而且容易受到其他氣泡或液體擾動的影響，從而偏離直線軌跡。當氣泡很大（直徑大于1毫米）時，它們會在后方產(chǎn)生一個尾跡區(qū)域，其中液體向下流動，并對前方的氣泡產(chǎn)生一個向上的升力。這個升力可以幫助氣泡保持在同一條直線上，并抵消重力和浮力之間的差異。因此，大氣泡更有利于形成穩(wěn)定的泡沫鏈。

然而，并不是所有的大氣泡都能保持穩(wěn)定，還有一個影響因素是液體表面的污染程度。所謂污染，并不是指有害物質(zhì)或細菌之類的東西，而是指一些可以降低液體表面張力的物質(zhì)，比如肥皂或洗潔精等。這些物質(zhì)可以讓液體更容易形成氣泡，并延長氣泡的壽命。

在香檳中，這些物質(zhì)就是一些蛋白質(zhì)分子，它們可以給香檳增加香檳的口感和風味。而在其他碳酸飲料中，這些物質(zhì)可能是一些人工添加劑或雜質(zhì)，它們會影響氣泡的形成和上升過程。

論文的作者通過實驗觀察了香檳酒中不同濃度的蛋白質(zhì)對泡沫鏈穩(wěn)定性的影響。他們發(fā)現(xiàn)，當?shù)鞍踪|(zhì)濃度較高時（約為每升10毫克），泡沫鏈可以穩(wěn)定地升起，直到達到液面；當?shù)鞍踪|(zhì)濃度較低時（約為每升1毫克），泡沫鏈會在半途斷裂，形成孤立的氣泡；當?shù)鞍踪|(zhì)濃度非常低時（約為每升0.1毫克），氣泡核就無法形成穩(wěn)定的鏈狀結(jié)構(gòu)了。

為了解釋這一現(xiàn)象，論文的作者建立了一個理論模型，考慮了氣泡之間的流體動力學相互作用和表面活性劑引起的彈性效應。他們發(fā)現(xiàn)，當表面活性劑的濃度足夠高時，氣泡之間的彈性效應會抵消流體動力學相互作用引起的不穩(wěn)定性，從而使得泡沫鏈保持穩(wěn)定；當表面活性劑的濃度較低時，氣泡之間的流體動力學相互作用會占據(jù)主導地位，導致泡沫鏈斷裂；當表面活性劑的濃度非常低時，氣泡表面的彈性薄膜就無法形成，氣泡會很快破裂。

這項研究不僅揭示了香檳中泡沫鏈的秘密，也為理解和控制氣泡流動提供了新的視角和方法。氣泡流動在許多工業(yè)和自然現(xiàn)象中都有重要的作用，比如水處理、海洋滲漏、火山噴發(fā)等。通過調(diào)節(jié)液體表面的污染程度或氣泡的大小，我們可能可以改變氣泡的聚集或分散狀態(tài)，從而優(yōu)化或預測這些過程的效果和結(jié)果。