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趣说空泡（11）：香槟酒的奥秘
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趣说空泡（11）：香槟酒的奥秘
张宇宁
香槟酒，原产于法国香槟地区，是经过两次发酵而生产出的富含二氧化碳的葡萄酒。香槟酒由于其独特的气泡成为庆祝仪式上的理想用酒。例如，一级方程式锦标赛（F1）比赛结束后的颁奖仪式上一定会开香槟庆祝（见图一）。打开香槟酒的时候，酒塞通常会迅速的喷出，并伴随着一声巨响，同时大量的气泡喷涌而出，场面非常壮观（如图二）。本文主要介绍与香槟酒中的气泡相关的一些有趣研究。
图一 某F1比赛后的颁奖仪式上选手们开香槟庆祝。
图二 高速相机拍摄到的香槟酒打开的过程。两幅图片间隔为10毫秒。Copy right: EPJ ST
将香槟酒倒入杯中时，会有大量的气泡产生。按照气泡产生的机理的不同，可以分为过饱和，自然初生和人工初生三大类。
过饱和：在香槟酒的发酵过程中产生了大量二氧化碳，这导致在未开封的香槟酒中二氧化碳过饱和。当瓶塞打开时，由于气压变低，二氧化碳的溶解度随之下降，原来溶解在其中的气体便以气泡的形式源源不断的冒出来。
自然初生：在酒杯没有经过特殊处理的情况下，如果仔细观察气泡在酒杯中产生的位置，会发现有些气泡附近有中空的，圆柱形的植物纤维。这些植物纤维长度大概是100微米左右，管口的直径约几微米，主要是用布等对酒杯进行清洁时留下的，由于静电效应等附着在杯壁上。当将香槟酒向酒杯中倾倒时，香槟酒与植物纤维接触，由于这些植物纤维内部中空，可以存留一定量的气体，是产生气泡的理想场所（见图三）。
图三 三种典型的附着在酒杯壁上的植物纤维在倾倒香槟酒时产生的气泡。Copy right: Bubble Sci Eng Tech
人工初生：为了增强香槟酒的视觉效果，强化气泡的生成，有些酒杯被刻意的采用酸蚀或者激光等工艺弄花（如图四）。当向这些特殊处理过的酒杯倒入香槟酒时，蚀刻过的地方就会源源不断的涌出气泡。主要是因为蚀刻处理后的部位表面较为粗糙，根据气泡的初生理论（见图五），当倒入香槟酒时，这些部位便很容易成为气泡的产生场所（见图四c）。当酒杯内部有划痕时，也可以产生类似的效果。
图四 （a）采用激光蚀刻技术在酒杯杯底形成一个环形的花纹；（b）单束激光形成的蚀刻（标尺：100微米）；（c）将香槟倒入蚀刻过的酒杯时产生的空泡（标尺：1毫米）。Copy right: Bubble Sci Eng Tech
图五 非均匀性的气泡初生理论的物理模型。图片来源Brennen (1995, Fig.1.6c). Copy right: Cambridge University Press.
最后，我们来对比一下向经过蚀刻处理和未经蚀刻处理的酒杯倒入香槟酒后内部的流场（见图六）。经过蚀刻处理的酒杯，其蚀刻处（酒杯底部）源源不断的涌出气泡。而未经过蚀刻的酒杯的流场则显得相对杂乱。
图六 向经过和未经过蚀刻处理的酒杯中倾倒香槟酒后产生的内部流场的对比。左侧：未经过蚀刻处理的酒杯；右侧：经过蚀刻处理的酒杯。
延伸阅读
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