當(dāng)我們吹起一個(gè)泡泡時(shí)，是什么力量讓這些小水珠緊密地結(jié)合在一起，形成一個(gè)個(gè)圓潤(rùn)的球體呢？

答案就是水的表面張力。簡(jiǎn)單來說，表面張力就像是一張薄薄的膜，把水分子緊緊地拉在一起。當(dāng)水的表面張力大于水分子與空氣之間的吸引力時(shí)，水分子就像被黏在一起一樣，形成了我們看到的泡泡。

怎么吹出更大的泡泡

然而，要讓泡泡更加穩(wěn)定、易于形成，我們通常會(huì)借助肥皂或洗滌劑。這些日常清潔用品中，含有一種叫做“表面活性劑”的物質(zhì)。這種物質(zhì)具有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，能夠降低水的表面張力。當(dāng)表面活性劑加入水中時(shí)，它們會(huì)聚集在水的表面，形成一個(gè)單分子層。這個(gè)單分子層能夠降低水的表面張力，使得吹泡泡變得更加容易。

具體來說，肥皂或洗滌劑中的表面活性劑可以降低水的表面張力到只有通常狀況下的1/3左右。這意味著水分子之間的“黏合力”減弱了，泡泡更容易形成和維持。

陽光下的彩色泡泡

泡泡的薄膜可以看作是一個(gè)多層干涉膜。當(dāng)光線穿過泡泡時(shí)，會(huì)發(fā)生折射和反射，產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。由于泡泡的薄膜具有不同的厚度和折射率，因此會(huì)產(chǎn)生五彩斑斕的色彩。這一發(fā)現(xiàn)不僅讓我們對(duì)泡泡有了更深的認(rèn)識(shí)，也為我們提供了研究光學(xué)現(xiàn)象的新途徑。

據(jù)說：泡泡的薄膜最多可以包含大約150個(gè)不同的層次，層次會(huì)對(duì)光線產(chǎn)生不同的影響。最厚的薄膜層反射紅光，最薄的反射紫光，居中的反射七彩光？

世界上最大的肥皂泡的配方揭秘

一位來自美國(guó)埃默里大學(xué)的物理學(xué)教授Justin Burton就因?yàn)檫@一問題研究了一番，還有了不少新發(fā)現(xiàn)...

那么，世界上最大的肥皂泡到底有多大呢？目前的吉尼斯世界紀(jì)錄是GARY PEARLMAN在2015年創(chuàng)造的，他用巨大的蘸有泡泡溶液的線框成功制造出了一個(gè)體積約有96.27立方米的巨大泡泡：

世界上最大的泡泡|elakenews.com

在研究者進(jìn)行科學(xué)驗(yàn)證之前，熱衷于肥皂泡的愛好者們其實(shí)就已經(jīng)有了很多配置泡泡水的經(jīng)驗(yàn)之談。和很多小實(shí)驗(yàn)網(wǎng)站的推薦不同，他們指出在洗滌劑溶液里添加甘油用處并不明顯，真正能大幅提升肥皂泡壽命的關(guān)鍵是另外一類東西：易溶于水的大分子聚合物，例如瓜爾豆膠（常見的建議添加量是1.0-2.0 g/L），或者聚乙二醇（泡泡發(fā)燒友們經(jīng)常會(huì)選擇添加一種名叫“J-Lube”的產(chǎn)品，其中25%是聚乙二醇，通常在泡泡溶液中添加0.1-0.4 g/L）。還有一個(gè)來自這些人的經(jīng)驗(yàn)是他們會(huì)把含有聚乙二醇的粉末放置一段時(shí)間來進(jìn)行“老化”，說這樣會(huì)讓效果變得更好。

這些經(jīng)驗(yàn)背后“為什么”的問題就需要科學(xué)家來研究和解釋了。

論文中測(cè)量液膜厚度的裝置

其實(shí)，流體動(dòng)力學(xué)一直都是Justin所在的實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)方向之一：

“流體動(dòng)力學(xué)的過程在視覺上是極其美麗的，它們遍及我們星球上的所有位置！

從液滴和氣泡的形成及破裂，到飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)，再到世界海洋的深海傾覆，無一不體現(xiàn)了它的神奇之處...”

因此他很快便開始著手對(duì)此進(jìn)行研究，還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)名為Soap Bubble Wiki的巨大泡泡分享百科網(wǎng)頁，

除了平常的水和洗碗液之外，Soap Bubble Wiki中提供的配方里通常還包含著一種聚合物——

也就是一種由重復(fù)分子的長(zhǎng)鏈組成的物質(zhì)，其中最常見的聚合物當(dāng)屬天然瓜爾膠（某種食物添加劑粉末）或者工業(yè)聚乙二醇（某種藥物潤(rùn)滑劑），

在這一建議下，Justin邀請(qǐng)了同校的兩名應(yīng)屆畢業(yè)生一起在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)：

“我們基本上就是在制造泡泡和彈出泡泡，然后記錄該過程中的速度與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，

因?yàn)樵诹黧w最劇烈的時(shí)刻，往往能告訴你很多關(guān)于基本物理原理的信息！”

既然是要檢驗(yàn)，那方方面面的數(shù)據(jù)和影響都要顧及到，因此肥皂膜吸收紅外光這一點(diǎn)也能應(yīng)用起來——

他們通過照亮肥皂泡來測(cè)量膜的厚度，還測(cè)量了肥皂泡配方中使用不同聚合物的分子量，

然后再讓重力將各種肥皂膜的液滴從噴嘴中拉出，以便測(cè)量所產(chǎn)生的液體線在斷裂之前可以在噴嘴和液滴之間伸展多長(zhǎng)時(shí)間...

最終的研究結(jié)果表明——聚合物正是制造巨大泡泡中最關(guān)鍵的成分！

其中的原理就是聚合物的長(zhǎng)纖維束能夠使氣泡順暢地流動(dòng)并進(jìn)一步拉伸，卻又很難破裂。

對(duì)此，Justin還解釋道：“聚合物股線糾纏在一起，就像變成了一個(gè)毛線球，形成了更長(zhǎng)卻又難以斷裂的股線。

Justin的論文里面主要有兩個(gè)有意思的發(fā)現(xiàn)。首先，加入聚合物之后的肥皂泡膜并不會(huì)明顯變得更厚，但是它確實(shí)顯著變得更不容易破裂了。大分子聚合物主要改變了液膜的“拉伸流變學(xué)”，讓流體在拉伸時(shí)變得更不容易斷開（這體現(xiàn)了高分子溶液的粘彈性，想象一下粘液拉絲的樣子，差不多就是那樣）。

Justin研發(fā)結(jié)果呢，還解密了巨大泡泡的最佳制造配方以及方法：

1公升水，50毫升的Dawn Professional洗滌劑，2-3克瓜爾粉，50毫升外用酒精以及2克發(fā)酵粉，

然后就是先將瓜爾粉與酒精混合，攪拌直至沒有團(tuán)塊形成酒精瓜爾膠漿，

再將其與水進(jìn)行混合，輕輕攪拌10分鐘，靜置使兩者融合，直至變稠到類似于未凝固的凝膠狀，

最后再加入發(fā)酵粉攪拌，加入洗滌劑輕輕攪拌以免混合物起泡，

就可以將帶有纖維繩的巨型泡泡棒完全浸入混合物中，慢慢拉出后緩緩揮動(dòng)或吹動(dòng)就能得到一個(gè)巨大的肥皂泡啦！

對(duì)于咱們普通人來說，泡泡就是泡泡，

對(duì)于物理學(xué)家來說，泡泡就是流體、聚合物以及如何才能使肥皂膜變得更加牢固！

果然是生活中處處都充滿了科學(xué)啊...