向上冲刺：香槟酒泡泡上升到酒杯顶端的历程虽然短暂， 但却相当精彩，他代表了一个相当复杂的物理化学系统， 这个系统的功能之强、景观之美，均是人们所始料不及的。

气泡的形成



    美味爽口的香槟酒让人陶醉、令人难忘。科学家正潜心探索它的奥秘所在。


    打开一瓶香槟酒，自己斟上一杯。轻轻呷上一口，顿时只见酒的上面一层嘶嘶作响，无数气泡升起又迸裂，把上千个金色的泡泡抛向空中，使香槟酒那妙不可言的美味和香气不但传到你的舌头上，也钻进你的鼻孔里。不计其数噼啪作响的金色小泡构成一曲打击交响乐，这正是产自法国东北部香槟区的老牌气泡酒不可思议的迷人之处。现在，痛饮香槟似乎已经成了世界各地节日或胜利庆典上的一道固定风景。


    对于优质的香槟酒，其标志之一就是有许多成串的气泡从斟满了酒的玻璃杯内壁一排排地向上升起，酷似许多迷你热气球。气泡抵达酒的表面后就形成了一个项圈般的环。虽然尚无任何科学证据证明香槟酒的品质与其气泡的细微程度有关，但人们却常把这两者挂上钩。由于确保香槟酒具有传统的泡腾特性，是一件攸关生意的大事，香槟酒厂面临的重要任务就是精益求精，力争它们的香槟酒冒出的小气泡达到尽善尽美的水平。因此，几年前，我和法国蓝斯香槟阿丹尼大学以及法国酩悦香槟酒厂的几位研究人员决定考察一下碳酸饮料中气泡的特性。我们的目标是确定、描述并最终更深入地了解与起泡过程有关的诸多参数中每一个参数各自所起的作用。对盛满汽酒、啤酒或汽水的杯子进行简单而细致的观察后，我们发现了一种前人尚未探索过的看起来非常迷人的现象。我们的初步结果涉及到气泡演变全过程的3个主要阶段：即气泡的生成、上浮及迸裂。

香槟酒的气泡 气泡的生命周期：香槟酒存在的时间很短， 倏忽即逝。它的短暂的一生始于酒杯被擦干 后沾附在酒杯壁上的一段极其微小的纤维素。

    在香槟酒、汽酒和啤酒中，二氧化碳主要起着产生气泡的作用：当酵母使糖类发酵，将其转化为乙醇和二氧化碳分子时，气泡便形成了。工业碳酸化作用是苏打饮料发出嘶嘶声的原因。当饮料被灌入瓶中或饮料罐中以后，根据亨利定律，溶解在饮料液体中的二氧化碳与密封在瓶塞或瓶盖下方空间中的二氧化碳彼此间便达到了一种平衡状态（享利定律说明，在平衡状态时，溶解在液体中的气体数量与气体的压力成正比）。



    打开一瓶（或一罐）饮料后，液面上二氧化碳的压力急速下降，从而打破了此前一直占上风的热力平衡。这样液体中的二氧化碳便处于过饱和的状态。为了重新恢复与大气压力相对应的热力稳定性，二氧化碳分子必须从过饱和的液体中逸出。当饮料倒入杯中时，溶解在饮料中的二氧化碳可以通过两种方式逸出：一是从液体的表面扩散出去；二是形成气泡。



    然而，溶解在液体中的二氧化碳分子要想聚集成初始的气泡，就必须从凝聚在一起的液体分子中间挤过去（液体分子通过范德瓦尔斯力——即偶极子吸引力紧密地结合在一起）。因此，气泡的形成受到这一能量壁垒的限制；克服这个能量壁垒所需要的过饱和比，超过了碳酸饮料中常见的过饱和比。在过饱和程度较低的液体中（包括香槟、汽酒、啤酒和汽水等），为了能形成气泡，就必须有事先存在的一些气体空腔，它们的曲率半径应当大得足以克服成核作用的能量壁垒，使其能够自由地长大。之所以如此，是因为气泡界面的曲率将导致气袋内部形成超压。根据拉普拉斯定律，此超压的大小与气泡的半径成反比。气泡越小，气泡内的超压就越高。如果半径小于某一临界值，气袋内的超压将使得溶解于饮料液体中的二氧化碳无法扩散到气袋内。在新开瓶的香槟酒中，这一临界半径约为0.2微米。



    为了细致地观察气泡形成的部位（所谓“气泡培育点”），我们把一台装有显微镜头的高速摄像机对准成百上千的气泡串的底部。与一般人的看法相反，这些成核部位并不是玻璃杯表面上细微的凸凹不平之处（它们的尺度远小于产生气泡所要求的临界曲率半径）。事实证明气泡培育点原来出现在附着于玻璃杯壁的杂质上。大多数杂质都是空心的且呈圆柱状的纤维，它们从空气中落到玻璃杯壁上，或者在拭干玻璃杯的过程中遗留于玻璃杯壁上。由于这些外来微粒的几何形状使它们不可能完全被饮料打湿，因此，当玻璃杯灌满饮料后，它们便能容纳一些气袋。

气泡怦然迸裂 香槟酒气泡一冒出酒的表面， 气泡破裂的过程几乎就立即启动了。 第二幅照片示出了构成气泡露出液面的 那一部分液体薄膜刚刚破裂后一霎那的情景。

    在气泡形成的过程中，溶解于饮料中的二氧化碳分子扩散到这些细微的气袋里。最后就长成一个肉眼可见的气泡，此气泡在生长的初始阶段一直附着在其成核部位，随着气泡的不断膨胀，它的浮力也越来越大，最终这一浮力使气泡脱离成核点而一走了之，为新气泡的形成让路。这一过程将反复进行下去，使新气泡源源不断地冒出来，直至溶解于饮料中的二氧化碳快要用完时，气泡的生成才逐渐“偃旗息鼓”。



    气泡在成核部位上周而复始地不断产生的过程可以用起泡频率来表征，即每秒种产生的气泡数目。我们不妨用频闪灯来形象地描述这个参数：当频闪灯的闪亮频率等于气泡形成的频率时，气泡串看起来好像就凝固不动了。



    由于气泡生长的动态过程还与溶解在饮料中的二氧化碳含量有关，因此，不同碳酸饮料的气泡形成频率也是各不相同。例如，香槟酒中二氧化碳含量差不多是啤酒中二氧化碳含量的3倍，因而香槟酒中最活跃的成核部位每秒能产生大约30个气泡；而啤酒的气泡培育点每秒只能产生10个左右的气泡。



    一个气泡在离开了成核点以后便直奔液面而去，在这一过程中它变得越来越大。气泡在上升过程中之所以越来越大，是因为溶解在饮料中的二氧化碳持续不断从气泡表面扩散到气泡内。随着气泡的变大，浮力也不断增加，从而使气泡上升的速度越来越快，这样气泡在上升过程中彼此的距离也逐渐拉开了。

    啤酒和汽酒并不是纯液体。除了含有乙醇和溶解的二氧化碳以外，它们还含有其它许多种有机化合物，这些有机化合物的表面活性与肥皂分子的表面活性相仿，作为表面活性剂，这些化合物主要由蛋白质和糖类构成，既有可溶于水的成分，又有不溶于水的成分。表面活性剂不会始终“呆”在饮料的液体中，而是喜欢聚集在气泡表面，其疏水端插入气体中，而亲水端则粘在液体内。