大学生处理了困扰物理学家半个多世纪的难题

一位大学生最近处理了一个困扰物理学家半个多世纪的问题：为什么气泡会卡在狭隘的笔直管道里？这个答案或许有助于解说困在多孔岩石中的天然气的行为。

几年前，物理学家注意到，在一个很窄的充溢液体的管子里，气泡不会移动。瑞士联邦洛桑理工学院（EPFL）机械工程系助理教授约翰·柯林斯基说，这“有点自相矛盾”。

这是因为气泡的密度比它周围的液体要小，所以它应该升到管的顶部。更重要的是，液体中仅有的阻力来自于液体的运动，但在这样的一种情况下，液体是停止的。

为了处理固执气泡的问题，瓦西姆·达瓦迪决议用一种叫做“干与显微镜”的办法来勘探它。这种办法和激光干与引力波天文台（LIGO）勘探器用来寻觅引力波的办法是相同的。瓦西姆·达瓦迪其时是柯林斯基试验室的工科本科生，现在正在苏黎世理工学院攻读硕士学位。

在这种情况下，研讨人员使用了一种定制的显微镜，它将一束光照射到样品上，并丈量反射回来的光的强度。因为光的反弹办法因其碰击物的不同而不同，所以对光反弹的丈量可以在必定程度上协助研讨人员澄清资料的“厚度”。经过这种办法，他们勘探了一个漂浮的气泡，这个气泡被困在一个装满了异丙醇的细管里。达瓦迪说，酒精可以让他们进行“自我清洁试验”，这是必要的，因为试验成果会被任何污染或尘垢弄得一团糟。

从20世纪60年代一位名叫布雷瑟顿的科学家开端，研讨人员从理论上探讨了这一现象，但曾经从未直接丈量过。柯林斯基说，一些核算成果表明，气泡被一层极薄的液体包裹着，这层液体接触到试管的旁边面，然后渐渐缩小，终究消失。当气泡企图上升时，这一薄层会对其运动发生阻力。

研讨人员的确调查到气泡周围的这一十分薄的层，并丈量到它大约有1纳米厚。正如理论作业所猜测的那样，这便是按捺气泡运动的原因。但他们也发现，液体层并没有消失，而是始终保持稳定的厚度。

依据他们对薄层流体的丈量，他们还能核算出它的速度。科林斯基说，他们发现气泡底子没有被卡住，而是以肉眼看不见的“十分缓慢”的速度移动，这是因为薄层形成的阻力。但是，他们也发现，经过加热液体和气泡，他们可以使薄层消失，这是一个别致的主意，在未来的研讨中或许是“令人兴奋的”探究。

他们的发现或许有助于为地球科学范畴供给信息。柯林斯基说：“气体被约束在多孔介质中，比方天然气被约束在多孔岩石中。咱们的调查成果与这些气泡怎么被约束的物理学有关。”