為什麼窄管中的氣泡不會上升？一名瑞士學生解決了百年物理難題
如果你把試管填滿水，會發現試管裡有些小氣泡不會上升到水面。百年來，科學家一直沒弄懂為何氣泡在狹窄直管會「卡住」，直到現在，一名就讀瑞士洛桑聯邦理工學院的學生可能解決了這道謎題。
一杯水如果有氣泡，會立刻竄升到水面（可以拿起你手邊的礦泉水搖一搖觀察），背後機制很容易解釋，但相同的科學定律卻無法解釋為什麼在幾公釐寬的試管中，氣泡不會以相同方式上升到水面。
物理學家大約在一個世紀前首次觀察到這種現象，現有理論認為氣泡應該不會受到任何阻力，不該「卡在」管壁上。雖然 1960 年代時，有科學家根據氣泡形狀開發出公式來解釋，此後其他研究人員假設氣泡不會上升，是因為氣泡與管壁之間形成一層液體薄膜，但理論依然有不足之處。
洛桑聯邦理工學院（EPFL）Wassim Dhaouad 現在首次以實驗證據驗證了這項早期理論。Wassim Dhaouad 不僅看見氣泡外的液體薄膜，還測量並描述了薄膜性質：根據觀察，氣泡周圍形成一層超薄液體膜阻止氣泡上升，但實際上氣泡沒有被卡住，只是移動得非常緩慢，肉眼看不出來。
利用光學干涉法進一步測量薄膜，研究人員發現薄膜僅數 10 奈米厚，因此產生很強的流體流動阻力，大幅減緩氣泡上升速度。此外，Wassim Dhaouad 還發現如果將熱量施加到氣泡，則薄膜會改變形狀，熱量消失後薄膜又會恢復原形。
這些發現攸關流體力學奈米範圍方面的基礎研究，並終於解決困擾物理學家長達百年的難題。新論文發表在《物理評論─流體力學》（Physical Review Fluids）期刊。
（首圖來源：pixabay）