今天教你如何吹出世界上最大的泡泡

想必大多數(shù)人小時候都玩過吹泡泡，畢竟哪個少年不想在心儀的女生面前秀一波操作，而哪個少女又不喜歡在陽光下閃耀著七彩光芒的泡泡呢？

只不過，要把泡泡玩出花來，可能就不是那么簡單了。泡泡雖然看似很脆弱，但其實它們也有一些復(fù)雜的物理知識基礎(chǔ)作為支撐，長期以來，在物理學界，吹泡泡一直都是一門“嚴肅的科學”。

所以有一群看似正經(jīng)的物理學家，他們想的卻是如何“吹”出世界上最好、最大的泡泡，要問為什么？別問，問就是要最大的！

如何“吹好”泡泡？

早在19世紀，比利時物理學家約瑟夫·普拉托就概述了決定肥皂膜結(jié)構(gòu)的四條基本表面張力定律，即普拉托定律。

根據(jù)他提出的定律，泡泡之所以會呈圓形是因為水的表面張力。由于重力的存在，液體會被這股力量往下拉，但是水分子間的相互吸引力比水分子與空氣之間的吸引力強，因此氣液間的表面積就會增大，在這個過程中，液體會逐漸“變胖”，其形狀看起來就像是一個圓。而當給定的體積不變時，圓形的表面積是最小的，也就是說，需要的能量最少，所以泡泡就朝著圓滑的方向發(fā)展了。

在普拉托之后，也有不少科學家開始加入到“如何吹泡泡”這項工作，先別急著笑，這可真不是為了娛樂，他們是在正經(jīng)玩。

20世紀40年代時，美國植物學家埃德溫·馬茨克（Edwin Matzke）就在他的實驗室里開始手工制造泡泡，他注意到泡泡的形狀和植物組織中的細胞很相似，于是試圖通過泡泡來解讀細胞的某些特性...（不得不說，想法很獨特啊。）

到了1994 年，來自愛爾蘭的數(shù)學家們都不再自己吹泡泡了，而是利用計算機建模來確定最佳幾何形狀的泡泡；另外，德國和美國的科學家們則使用聲學懸浮（巨大的聲波）使泡泡懸浮在半空中，而這是為了觀察環(huán)繞聲對泡泡中復(fù)雜諧波結(jié)構(gòu)的影響。（看起來很厲害的樣子..）

距離現(xiàn)在更近一點的2006年，來自哈佛大學的科學家發(fā)現(xiàn)，在肥皂液中加入微小的膠體顆粒能夠在泡泡水外形成一層“保護膜”，讓產(chǎn)生的泡泡更加穩(wěn)定，并且還能塑造出不同的形狀。除此之外，科學家們甚至構(gòu)建了初步的微流體泡泡邏輯（AND / OR / NOT）設(shè)備，可用于傳輸治療藥物或化學試劑。

如何吹大泡泡？

但是到了近幾年，物理學家們又轉(zhuǎn)向了一個新的方向——怎么才能將泡泡吹得更大呢？

既然是“吹”，那必然少不了氣流的作用。在2016年，法國國家科學研究中心的兩位物理學家制定了一個理論模型，用來試驗氣流噴射到肥皂液膜時形成氣泡的確切機制。

為此他們還專門制作了一個大型“造泡泡”設(shè)備，用來張開足足一米寬的垂直皂液膜。首先將肥皂溶液小心地倒在設(shè)備的導(dǎo)線上，接著拉開兩根粘連在一起的導(dǎo)線，讓肥皂溶液形成一層薄的皂液膜。

準備完成后，他們用流速不同的氣體向皂液膜噴射，并使用高速攝像機拍攝觀察吹入氣體的速度和氣泡的產(chǎn)生情況。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣泡僅在一定速度以上才會形成，而速度又取決于噴射氣流的寬度，如果射流較寬，那么形成氣泡的閾值將較低，簡單來說，就是噴射的這股氣流要和你皂液膜寬度相等甚至更寬，氣泡才會更容易形成。

大家也可以回想小時候吹泡泡的那根小棒子，上面的圓環(huán)一般都會比嘴巴要小，因為我們是通過嘴巴吹出氣流。

這還沒完，在上面研究的基礎(chǔ)上，紐約大學應(yīng)用數(shù)學實驗室的數(shù)學家對此進行了微調(diào)，進一步得出了推動液膜形成泡泡所需的流速，以及這種流速和圓圈尺寸等數(shù)據(jù)的相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)他們的實驗發(fā)現(xiàn)，氣流對泡泡的影響有兩種不同的方式：一種是用強勁而穩(wěn)定的風推動圓形的皂液膜來形成泡泡；另一種則是通過輸送緩慢而輕柔的風注入到小泡泡中，再把泡泡慢慢吹大。

而我們看到街頭表演弄出的巨型泡泡就用到了第一種方法，表演者會跑起來或者快速揮動手臂，來提供皂液膜“變凹”所需要的強勁而穩(wěn)定的氣流。

除了氣流因素之外，肥皂液的組成成分也是“吹出大泡泡”另一個非常重要的因素。

說到這里，那就不得不提一下美國埃默里大學的賈斯汀·伯頓（Justin Burton）副教授，他在巴塞羅那開會時碰見街頭表演者吹出了巨大的泡泡，在陽光的照耀下，泡泡出現(xiàn)了薄膜干涉的光學現(xiàn)象。

對此，伯頓教授知道這是由于光從薄膜的兩個表面反射時產(chǎn)生的干涉圖樣所致，讓他感到驚訝的并非這個，而是如此薄的泡泡是怎么維持那么大表面積卻沒有破裂。

于是他回到家后開始研究泡泡的配方，并且還叫上了他的學生在實驗室一起玩吹泡泡。

經(jīng)過多次實驗，他發(fā)現(xiàn)聚合物對大泡泡的形成起了至關(guān)重要的作用，因為聚合物可以使氣泡的堅韌度提高，從而讓泡泡吹得更大還不容易爆開。

賈斯汀·伯頓和他的學生在一起“玩泡泡”

最后給大家簡單介紹下大泡泡的入門配方：1KG等離子水（就是普通礦泉水）、50ml洗滌劑、2~3克瓜爾膠（一種常見的增稠食品添加劑，充當聚合物）、2克發(fā)酵粉、50ml酒精。

除了配方，吹大泡泡的工具也很重要。在Soap Bubble Wiki上介紹了一種自制的工具，能吸取盡可能多的泡泡水，吹出大泡泡。（大概長下面這樣..）

有條件的同學不妨自己試試，成功吹出巨型泡泡的可以留言告訴大家，或者發(fā)出來讓大家康康。