酒吧里經常會出現一種惡作劇，敲一下朋友的啤酒瓶口，啤酒就會攜帶大量泡沫突然噴涌而出。一些人覺得非常好玩，另一些人會為此生氣，而西班牙物理學家哈維爾·羅德里格斯-羅德里格斯（Javier Rodríguez-Rodríguez）則對這一現象產生了強烈的好奇。

羅德里格斯來自馬德里卡洛斯三世大學（University Carlos III of Madrid），他曾對這一奇怪的現象展開了研究。在這一過程中，他發現一杯啤酒中竟然隱藏著許多復雜的物理學問題，能夠幫助科學家們理解火山爆發乃至小行星形成的一系列物理過程。

“啤酒杯中有著各種各樣的物理現象，每一次你喝啤酒時，這些物理原理都會展現在你面前。”羅德里格斯表示。為了研究自由落體微重力環境下啤酒中氣泡的形成過程，他甚至讓自己的博士生將啤酒從100米高塔上扔了下去。

他和羅伯特·澤尼特（Robert Zenit）一起在《今日物理》上發表了一篇綜述文章，講述了有關啤酒的各種真相，里面這樣寫道：“含二氧化碳的飲料是一種便攜式實驗室，能夠以有趣的方式展示自然界和工業中存在的各種流體是如何運作的。”

啤酒之所以能夠展示許多物理過程，是因為它在發酵過程中會產生二氧化碳，并最終成為飽和的二氧化碳溶液。我們平時喝的碳酸飲料也同樣充斥著二氧化碳，不過其是利用外力加壓將二氧化碳充入液體。

而釀造啤酒的時候，是由酵母發酵釋放出微小的二氧化碳氣泡，從而逐漸增加了瓶內的壓力。一部分二氧化碳氣體溶解到了啤酒中，溶解量則由亨利定律（Henry’s law）決定：即壓力越高，氣體溶解越多。

打開酒瓶的瞬間，壓力被釋放，液體中能夠溶解的氣體量也減少了，也就是說溶液中的二氧化碳變得過飽和了。不過想要轉變這種過飽和狀態還需要一點兒時間。大概幾個小時后，二氧化碳持續釋放直到達到新的平衡點，也就是常說的啤酒“沒氣”了。

而這一過程中，人們可以通過控制氣體釋放的速度來制造許多有趣的現象，啤酒敲擊惡作劇就是其中之一。

圖片來源：Morgan Walker

羅德里格斯第一次有關這一現象的研究發表在了《物理評論快報》上，并揭示了啤酒會突然噴發，主要是液體中由下向上移動的壓力波導致的。

因為當你突然敲打啤酒瓶口時，啤酒由于慣性有一瞬間是相對靜止的。這種影響對于瓶側的啤酒來說影響不大，因為玻璃瓶側壁會從啤酒旁邊劃過，始終能給啤酒穩定的側面壓力。
然而，這一行為對位于底部的啤酒來說影響就很大了，啤酒瓶底部瞬間下移，而啤酒暫時保持靜止，因此瓶底的啤酒受到的壓力會突然下降。并且這片低壓區會不斷往上延伸，這意味著二氧化碳的溶解度會迅速下降，啤酒會形成大量的二氧化碳氣泡。

而當慣性結束時，瓶中的啤酒很快也開始向下運動，當碰觸到啤酒瓶底部時液壓也得以恢復。這突如其來的高壓粉碎了剛剛形成的氣泡，把它們變成了上百萬個更小的氣泡。

圖片來源：羅德里格斯實驗室?

這時，這些氣泡會呈云狀開始上升，并在上升過程中吸收更多的二氧化碳，變得更大。只需一到兩秒，它們就能到達頂部并且以泡沫的形式溢出。這片氣泡云的上升過程主要依賴于氣泡的浮力，因此羅德里格斯開始思考零重力環境下會發生什么。

當然他們沒有將啤酒送入太空，而是決定從德國不來梅應用空間技術和微重力中心（ZARM）的100米高的試驗塔上扔下一些啤酒。

為了開展實驗，他們不得不尋找一種替代液體。“我們不能使用啤酒，” 羅德里格斯說，“因為啤酒會將實驗室弄得很臟。”最終，他們使用富含碳酸的水作為了替代品，因此研究團隊可以觀察到微重力環境下氣泡云在液體里的生成、移動與變化，并獲得這一過程的高速錄像。

另外，羅德里格斯的研究還探索了宇航員能否喝啤酒或者碳酸飲料這一重要問題，畢竟，宇航員可能偶爾也想喝點含氣飲料。但是，在太空失重的情況下喝碳酸飲料，真的沒問題嗎？

在地表上，由于氣泡存在浮力，因此碳酸飲料的氣體能夠在胃里升起并被排出，但羅德里格斯指出，在零重力環境下，氣泡就不具有浮力了。

“氣泡無法從消化系統內的液體中上浮并逃逸，而是留在原地形成更大的氣泡，因而會導致胃腸道脹痛。所以，在太空失重的環境下可不能喝氣泡飲料！”他和澤尼特在他們的綜述文章中寫道。

羅德里格斯承認有時候會將做實驗用的啤酒喝掉，但他也表示自己沒有使用政府研究基金來做這件事。他說研究經費中不允許有酒精消費，所以他用自己的錢購買了所有用于實驗的啤酒。

“我把這筆錢稱作是是羅德里格斯進步基金。”他補充道。他們在微重力條件下的實驗結果現在正在準備之中，并將很快向期刊投稿。
原文鏈接：
https://cosmosmagazine.com/physics/in-lager-veritas-the-physics-of-beer

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編輯?∑Gemini

?來源：環球科學

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總結

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