泡沫世界
策劃/ 本刊編輯部
統籌/ 謝 飛
在太空授課中，有這麼一段視頻：神舟十號上的女航天員王亞平，往水球中吹氣泡。而吹入水球中的氣泡並不像在地球上那樣從水中冒出、破裂，而是慢慢變大、變圓，停留在生成的地方。這是多麼神奇的一幕啊！
其實，日常生活中的「泡沫」現象也很神奇：碳酸飲料中的泡沫會噴出來；肥皂的泡沫上會看到絢麗的圖案；啤酒的泡沫會帶來不一樣的風味；潛水員如果上潛太快，身體中也會釋放出來小氣泡……
泡沫如此神奇，下面就讓我們一起進入泡沫的世界吧。
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泡沫的形狀並不是我們經常認為的圓形。當很多氣泡聚集在一起時，會相互作用而變形。例如同樣大小的氣泡排列在一個單層平面的時候，就會變成蜂巢似的，每個氣泡周邊都是正六邊形，以保持同樣的內部容積，表面積最小。如果在立體空間裡，則會形成大小不一的多面體。
容易被人忽視的固體泡沫
在日常生活中我們可以看見各種各樣的泡沫，比如肥皂泡、發泡奶油、汽水泡沫、啤酒泡沫等。但是，泡沫到底是怎麼樣的一個世界呢？
泡沫，是聚在一起的許多小氣泡的總稱。既有像碳酸飲料中的氣泡那樣，被關閉在液體中，也有像肥皂泡那種漂浮在水面上，還有像泡沫滅火器噴出來的那樣，是很多氣泡的集合。
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一般來說，單個存在的叫氣泡，氣泡的集合體就是泡沫。人多力量大，對於泡沫來說也是一樣的。因為很多氣泡集合在一起時，比單個氣泡能持續的時間要長。
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小氣孔的存在，令麵包吃起來更加鬆軟
生活中，其實還有一種泡沫容易被忽視掉，那就是固體泡沫。自然界中的固體泡沫，如海綿、骨頭，還有火山造就的浮石等；人工製造的固體泡沫，比如泡沫塑料和發泡水泥等。又如我們平時吃的麵包、蛋糕、發麵饅頭，這些食品內部也有很多小氣泡存在呢，所以吃起來才軟軟的。
發泡水泥，是通過將泡沫與水泥漿均勻混合，然後經模具成型，再自然養護所形成的一種含有大量封閉氣孔的新型輕質保溫材料。它屬於氣泡狀絕熱材料，突出特點是在混凝土內部形成封閉的泡沫孔，使混凝土質量降低，而且還有保溫隔熱的效果。
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複合發泡水泥外牆保溫板
碳酸飲料中的泡沫
相對於固體泡沫，同學們對碳酸飲料中的泡沫要熟悉得多。
不管是令很多人喜歡的可樂，還是普通的碳酸飲料，只要被輕輕地一搖，就會產生非常多的氣泡。有時在打開瓶蓋的一瞬間，也會噴射出一些泡沫來。
泡沫是怎麼藏身在碳酸飲料中的呢？碳酸飲料中的泡沫，和壓強有關。碳酸飲料瓶裡的壓強一般是大氣壓強的好幾倍，這也是為什麼你用手去捏裝有可樂的塑料瓶，感覺硬邦邦的原因。在高壓下，會有更多的二氧化碳溶解在液體中。當瓶蓋被開啟後，容器中的壓強突然下降到與大氣壓強一樣。這時，溶解在液體中的二氧化碳就會大量釋放出來，於是產生了許多泡沫。
瓶蓋擰開後出現泡沫的原因
碳酸飲料的容器中，壓強很大，大量二氧化碳溶解在液體內。當打開瓶蓋時，容器內的壓強下降，液體內能容納的氣體量就減少了（亨利定律）。結果，原來多溶解的二氧化碳就變成了氣泡釋放出來。
泡沫與壓強之間的示意圖
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亨利定律的意思是：某種氣體在溶液中的溶解度與液面上該氣體的平衡壓力成正比。即某種氣體所處的壓強越大，溶於液體的量也會越大，而這種氣體的壓強下降時，它溶於該液體的量也會下降。
氣壓與潛水病
像這種因為氣壓的減小，使液體中的氣體釋放出來的現象，在潛水運動時要特別注意。
潛水員背著氧氣瓶（瓶內的氣體主要是氧氣和氮氣）潛到海底深處，水越深，壓強越大。隨著壓力增大，人體的血液中就會溶入更多的氧氣和氮氣（氮氣是空氣的主要成分）。通常，人體是不需要氮氣的，所以它會隨著呼吸排出體外。但是，如果潛水員急速上浮，體外壓強下降太快時，那麼氮氣會從血液中快速釋放出來，這樣就來不及排出體外，而是在血管內會形成大量氣泡。這種氣泡會堵塞血管，使某些器官缺血、心臟無法正常工作，從而對人體產生傷害，嚴重者甚至會死亡。這種情況被稱為潛水病或者減壓症。為了減少潛水病的風險，潛水員返回水面的速度要嚴格控制，絕不能太快。
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太空艙中的氣泡會是什麼樣？
如果仔細觀察碳酸飲料或者啤酒中泡沫生成的過程，會看到氣泡首先在瓶底或器壁生成，開始時氣泡都比較小，然後漸漸變大，浮力也一點點增加。隨後它們脫離瓶底和器壁上浮，而且上升的速度越來越快，氣泡也越來越大。這樣從瓶底開始，會出現一串串上升的很美的氣泡。如果瓶口壓強突然減小，或瓶子受到搖擺、撞擊，氣泡將大量生成，最後快速生成泡沫湧出瓶口。如果在太空艙裡，泡沫會是什麼樣呢？
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香檳中的一串串氣泡
在太空艙裡，沒有重力的作用，在液體中生長的氣泡不會上升，只會就地成長，在容器內變成很大的氣泡。因為氣泡很多很大，如果容器空間裝不下，液體就會帶著氣泡一起溢出來。同學們可以思考一下，這時溢出來的液體會是什麼樣的狀態呢？如果太空人把可樂帶到了太空，會發生什麼情況呢？
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神舟十號上的女航天員王亞平正在太空艙中往水球中吹氣泡。在太空中，水膜隨著加水量的增加，慢慢變成水球，而在水球中吹入的氣泡，也會停留在生成的地方。
表面活性劑與氣泡
啤酒的氣泡相比其他碳酸飲料而言是比較穩定的，且豐富而持久。普通飲料生成的氣泡，很快就會消失，而啤酒的氣泡升到液面會越積越多，形成泡沫然後再慢慢消失。
這是因為啤酒是用麥芽發酵生產的，麥芽中含有很多蛋白質，這些蛋白質在啤酒中起到了「表面活性劑」的作用，使啤酒產生的泡沫能比較持久地存在。而泡沫的存在，也讓啤酒的口感更好。
表面活性劑能增大液體的表面張力，使氣泡表面更結實、更穩定、持續時間更長。
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啤酒形成的泡沫比較穩定
洗滌是否一定要有泡沫？
不管是肥皂、洗衣粉還是洗滌劑，都很容易產生泡沫。那麼，泡沫和清潔能力之間有什麼關係嗎？
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洗滌用品中都含有表面活性劑，這是因為要提高去汙效果。衣服上最難洗掉的髒物是油汙，因為油很難溶於水中，所以如何在水中將油汙洗滌下來是去汙的關鍵。在這裡有3 種方法：1. 用力揉搓；2. 調高水溫使其溶解；3. 使用表面活性劑。
一般的情況下，因為油和水是不相溶的，所以第一種方法效果不好，第二種方法有一定效果，但也並不理想；第三種方法最好。這是因為表面活性劑分子上，既有「親水基」又有「疏水基」，就像一根小木棒的兩頭，一頭能浸泡在水裡（親水基），一頭能沾滿油汙（疏水基）。這樣，就可以把衣物上的油性汙漬溶解到泡沫或肥皂水中了。這個效果基本上與泡沫無關。這裡的表面活性劑更像是運輸公司，能把油汙搬到水裡。
啤酒泡沫很怕油
表面活性劑會提高液體的表面張力，使氣泡膜更結實，但是這種效果很容易被破壞。對於啤酒的泡沫來說油是大敵，如果沾了油的嘴接觸到啤酒時，會感覺到啤酒的泡沫迅速消失。這是因為啤酒中的表面活性劑（麥芽帶來的蛋白質等）的作用被油破壞了。
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晶瑩剔透的啤酒泡沫
氣泡破裂——瞬間的美麗
浮出水面的氣泡，裂開後就會消失。裂開的瞬間，會有微小液滴噴出。這種感受在喝碳酸飲料時會更強烈。我們在吹肥皂泡時，在肥皂泡破開的瞬間，也能感到液滴的濺落。可是氣泡是怎麼破裂的呢？如果能有個慢動作回放，那就太棒了。
英國攝影師理察·希克斯多年來專注拍攝肥皂泡。在他的作品中，我們能欣喜地看到肥皂泡的一生。他經常把倒映在肥皂泡中的景象拍攝得非常漂亮，而光線在氣泡表面折射形成的色彩也絢爛無比。最有技術含量的還是他用一部普通數碼單眼相機拍攝出高速相機的效果，將肥皂泡破滅的整個過程都拍攝下來。
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正在給肥皂泡攝影的理察
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肥皂泡在太陽光的照射下，折射出多樣色彩
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肥皂泡剛剛破滅的瞬間
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破滅過程中
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剩下最後一小塊球面
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最後，氣泡變成無數小水滴
別樣詞解：
泡沫，也用來比喻某一事物表面上繁榮、興旺，而實際上存在著很大虛浮不實的成分。如泡沫經濟、房地產泡沫等。