原标题：误打误撞，一名本科生意外破解困扰物理学界的百年谜题
信任咱们咱们往常在喝碳酸饮料，或许往杯子里倒水的时分，都曾调查到气泡会从杯底或瓶底移动到水面的进程。
其背面的物理原理也很简略，即水的密度大于二氧化碳或空气的密度，而密度大的水会向下抢占空间，从而把较轻的二氧化碳或空气向上挤，从而构成气泡从底部被推挤到外表的现象。
（来历：Quora）
但是，便是这么一个简略的现象，自被发现起，却包含着一个困扰了全球物理学家半个多世纪的问题：人们本以为只需没有阻力，气泡就会往上跑，但当盛装液体的容器是极细的长管时，气泡却似乎“原地不动”，并不会从所在位置飘向水面。
回答这样的一个问题，或将有助于解说为什么多孔岩石能存储天然气的现象。
值得幸亏的是，这一会让很多物理学家在好奇心爆棚的孩子面前颜面扫地的问题，总算在近来得到了处理。
处理者是一名曾就读于瑞士联邦理工学院的本科生，尽管他跟大多数本科生相同，并未期待过自己本科阶段的试验成果能发现什么，但积极向上且达观的研讨情绪却终究意外地引领他处理这一“世纪难题”。这一研讨成果宣布在了 12 月 2 日的 Physical Review Fluids 杂志上。
图丨此次论文（来历：Physical Review Fluids）
奇特的气泡之谜
该 “世纪难题” 在物理学界被称为“Bretherton 问题”。
Bretherton 日子在上世纪 60 时代，是首位测验对此提出解说的物理学家。以 Bretherton 为代表的前期气泡问题研讨者从气泡外表的薄膜构成理论动身，对多个流体力学算式在临界条件下联立求解，并规划了一套试验来验证他们的理论。但试验所测得成果却与预期截然不同（如下图中第二个图所示，左边为理论预期，右侧的渐进线为试验数据点所构成），这便是 Bretherton 问题的由来。
（来历：Taylor, J Fluid Mech 10 (1961), 161 ; Bretherton, J Fluid Mech 10 (1961), 166）
而即使是在科技日新月异的今日，无论是怎样的杂乱试验规划（如下图），物理学家们仍是对此束手无策。有人估测这种环境下的气泡周围或许存在着一层薄膜，可以按捺气泡向上的运动。
而在瑞士联邦理工工程力学试验室攻读学位的本科生 Wassim Dhaouadi 与试验室负责人 John Kolinski 的研讨，则初次证明了这种薄膜的存在。
（来历：University of Twente）
为了处理这一 “自相矛盾” 的气泡问题，两人决议用一种叫做 “干与显微镜” 的办法来一探终究，而这种办法与激光干与引力波天文台 (LIGO) 勘探引力波所用的办法相同。
在研讨气泡时，研讨人员运用这种定制的显微镜，将一束光照耀到样本上，然后丈量反射回来的光的强度。因为光线反弹的办法会依据它所照耀的物体而不相同，所以对反弹光线的丈量可以在必定程度上协助研讨人员确认某种资料有多“厚”。经过这种办法，他们勘探了一个装满异丙醇的细管里停止的气泡。Kolinski 说，异丙醇可以直接进行“自我清洁”，这是十分必要的，因为试验成果会被乃至一点的污染或尘垢影响。
一些核算成果标明，气泡被一层极薄的液体包裹着，并与管子的旁边面触摸，然后会渐渐缩小，终究消失。当气泡企图向上移动时，这一薄层会对其运动发生阻力。
研讨人员的确调查到了气泡周围的这一十分薄的液体，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，液体层构成的原因是气泡中的压力与管子壁发生的反作用，但是液体层并没有消失，而是一直保持着稳定的厚度。
依据对薄液体层的丈量，研讨人员还能核算出它的速度。
Kolinski 说，他们发现气泡底子不是停止不动，而是因为薄液体层构成的阻力，以肉眼看不见的 “十分缓慢” 的速度向上移动。而气泡之所以会看起似乎停止，是因为过薄的气泡与管壁间薄膜对气泡的运动构成了强活动阻力，并标明此次的研讨成果排除了这一研讨方向上的许多较新理论，比方以为薄膜的厚度会逐步减为零的说法。他们也发现，加热液体和气泡可以使薄液体层消失。
（来历：EPFL）
本科生的意外收成
图丨 John Kolinski and Wassim Dhaouadi（来历: EPFL）
两位研讨人员的这些发现，或许有助于为地球科学范畴的一些问题供给新的思路。
Kolinski 说：“当咱们遇到有气体在多孔介质中停止不动时，比方在多孔岩石中的天然气；或许咱们想反向操作，把二氧化碳存储在岩石中时，就会用到这一研讨。咱们的调查解说了为什么气泡停止不动，这背面正是物理学。”
另一个令人兴奋的当地是，这项研讨标明，“任何人都可以根据前人的研讨成果做出有价值百科的奉献” ，Kolinski 标明，正是 Wassim 推进这一研讨走向成功的：“这项研讨归于根底研讨，其成果将有助于咱们更好地了解纳米标准的流体行为。Wassim 自参加之时起便是以爱好为导向参加作业的，这点很棒，咱们也因此能终究处理这个困扰了物理学界半个多世纪的‘严重难题’。”
Wassim 是以暑期实习身份进入试验室的，与大多数本科生相同，他起先并未希望过自己的课题能真实地产出些什么，在试验室实习重在体会科研进程以及增加经历。
但科学研讨真实吸引人的当地便是这样，只需以客观事实为根底，对自然界中的事物一丝不苟地进行谨慎探求，本相就会浮出水面。
Wassim 在承受外媒采访时标明，自己很快乐能在步入科研生计的初期就成功地完成了一个完好的研讨项目，并以为在试验室的作业与往常做作业完全是两回事。
“做作业时，你知道那些问题总有一个确认的答案，但在真实的研讨作业中，没人能清楚自己是否能终究处理所研讨问题，以及自己终究终究会发现什么”，他说。现在，Wassim 正在苏黎世联邦理工学院攻读硕士学位。
责编：黄珊
https://phys.org/news/2019-12-student-year-old-physics-enigma.html
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