研究人員揭秘宛如雪花球的凍結肥皂泡熱門視頻背後的科學

據外媒報道，近日研究人員通過在-20℃的冷凍室中進行的實驗，揭秘了宛如雪花球的凍結肥皂泡的YouTube熱門視頻背後的科學。凍結的肥皂泡是一種獨特的冬日魔法，這本身也是一個受歡迎的冬季科學實驗，其在視覺上也令人驚嘆 - 但直到最近，研究人員希望弄清楚為何肥皂泡會以這種特別迷人的方式凍結。

通常，當一滴水或水坑凍結時，它會在最冷的地方開始凝固成冰，在那裡它與其他雪或冰接觸。新鮮的冰凍結了鄰近的水，在整個水坑中創造了一個非常有序的進展，稱為凍結鋒面。但是當你在一個寒冷的房間里凍結一個泡泡時，所有的有序都會迅速消失。

最初小冰晶從底部凍結逐漸凝結生長，但突然之間，泡泡表面出現了數百個凍結鋒面。「它有點像你在玩具雪花玻璃球_中看到的旋轉『雪花』。這就是為什麼我們稱之為雪花玻璃球效應，「Jonathan Boreyko說道，他是一篇關於雪花玻璃球效應的新文章的合著者，該文章發表在《自然通訊》(Nature Communications)雜誌上。

Boreyko是一名機械工程師，領導著弗吉尼亞理工大學的一個實驗室，專註於流體的行為 - 包括水坑和水滴如何凍結。當他的一些研究生想知道他們是否可以調查為什麼流行YouTube視頻中的肥皂泡以這些截然不同的模式凍結時，他很興奮。「我認為這是我生命中的第一次，我可以說我的論文受到YouTube的啟發，」Boreyko說道。多年來，研究生Farzad Ahmadi和本科生Christian Vergett定期在-20℃的冷凍室中拍攝並觀察附著在固體表面的肥皂泡如何凍結。

他們最終發現雪花玻璃球效應是由一種叫做馬蘭戈尼流體的東西驅動的。Boreyko說道：「泡泡在冷凍室中凍結時，泡泡的靜止液體部分繼續移動，從生長的凍結鋒面『撕下』冰晶並將它們『扔到』周圍。這些冰晶各自形成了自己的凍結鋒面，使泡泡表面凍結得更快。」

但是在一切溫度相同的冷凍室里，泡泡的部分如何升溫到足以產生流動？「事實證明，答案就在凍結中，」Boreyko說。「它對於不在戶外的人來說非常違反直覺，但是當你凍結它時，它實際上會使它變暖。」那一點點的熱量（通常只有幾度）就足以讓肥皂向上移動到泡泡頂部。

研究人員在室溫下嘗試了相同的實驗，再次將泡泡吹到一塊冰塊上。結果大不相同。

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