【炭疽|一杯啤酒里有多少个泡泡？科学家真的算出来了】
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又是一个开心的周末 ， 你和朋友约了一起去撸串 ， 点上两瓶啤酒 ， 正往杯子里倒 ， 啤酒却又像往常一样冒出大量气泡 ， 溢了出来 。 这些“恼人”的气泡总会搞得桌面一团糟 ， 但你是否想过一杯啤酒里 ， 到底会有多少“恼人”的泡泡呢？
在5000多年前的美索不达米亚 ， 人们就已经开始喝啤酒了 。 现代啤酒主要由水、谷物、酵母和啤酒花发酵而成 。 发酵过程中 ， 酵母菌会分解谷物中的淀粉 ， 产生可口的糖、醉人的酒精以及二氧化碳——而这正是气泡的来源 。 啤酒在罐装时 ， 还会被生产商注入额外的二氧化碳 ， 以增加容器中的压力 。 这导致开瓶时 ， 或是倒入杯中时 ， 啤酒中总会涌出不少气泡 。
所以 ， 当你小心翼翼地将啤酒倒入杯中时 ， 到底会冒出多少泡泡？为了弄清楚这个问题 ， 法国兰斯-香槟-阿登大学（University of Reims Champagne-Ardenne）的杰拉德·利格·贝莱尔（Gérard Liger-Belair）和克拉拉·西林德（Clara Cilindre）做了充分的理论分析 ， 并用实验验证了他们的预测 ， 他们还将结论发表在ACS Omega期刊上 。 他们的实验表明 ， 一杯啤酒冒出的气泡总数 ， 大约在20万～200万个之间 。
理论分析
一杯啤酒中能产生的气泡总数受到三个因素的限制 ， 啤酒中二氧化碳的总量 ， 每个气泡中二氧化碳的含量 ， 以及最后啤酒不再形成气泡时 ， 啤酒中二氧化碳的浓度 。
二氧化碳溶于水 ， 但二氧化碳溶解度的数据大多是在纯水中的数据 ， 对于啤酒这种酒精含量5%左右的混合物 ， 数据就很稀有了 。 好在2013年 ， 已经有人研究过二氧化碳在啤酒中的溶解问题 。 不过有一点对于水和啤酒来说都是相通的：液体中能溶解多少二氧化碳 ， 是和气压密切相关的 。
这被称为亨利定律（Henry's law） ， 即气压越高 ， 啤酒中能溶解的二氧化碳越多 。 一般而言 ， 啤酒瓶并不会被完全装满 ， 会在瓶口留下一点空间 ， 正是这里的气压决定了啤酒中能溶解多少二氧化碳 。 一般而言 ， 二氧化碳的溶解度并不是很高 。 但是由于啤酒瓶中气压较高 ， 溶解度上升 ， 瓶中啤酒的体积也远大于气体的体积 ， 因此瓶中大部分二氧化碳都集中在啤酒中 。
一般啤酒瓶中总会留下一点空间 ， 正是这里的气压决定了啤酒中溶解的二氧化碳数量（图片来源：pixabay）
对于0～5摄氏度的啤酒 ， 内部气压一般为2个大气压 。 当你起开酒瓶时 ， 瓶盖被“砰”的一声弹飞 ， 气压也随之下降 ， 瓶中的气压也都回到了一个大气压 。 而这时 ， 啤酒内溶解的二氧化碳也就成了过饱和状态 ， 二氧化碳就能溢出了 。
冒泡的诀窍
但是显然 ， 开瓶时“绅士”与否 ， 会影响开瓶产生的气泡的多少 。 这是因为就算溶解的二氧化碳已经到达过饱和状态 ， 但从液体中形成气泡 ， 是会让整个体系能量上升的 ， 所以气体难以自发从啤酒中冒出来 。 只有啤酒中有现成的气腔时 ， 气体才能从啤酒中自发成核 ， 形成泡泡 。
根据啤酒-二氧化碳界面的表面张力强度、大气压力、二氧化碳在啤酒中的溶解度和浓度 ， 可以计算出激发气泡成核（Bubble Nucleation）的气腔的临界曲率半径 。 对于实验中使用的6摄氏度 ， 酒精含量5%的啤酒来说 ， 只要曲率半径大于0.7微米 ， 或者说原始气腔的直径大于1.4微米 ， 它就能从气腔成长为泡泡 。
就算你开瓶时不那么“狂野” ， 尽可能避免因摇晃而啤酒瓶中产生太多气腔 ， 酒杯也不会放过你 。 虽然多数玻璃杯表面看上去非常光滑 ， 但如果把它们放到显微镜下审视 ， 就会发现上面布满在制造过程中留下的细微缺口 。 每个缺口都是一个不可消灭的气腔 ， 让溶解在啤酒中的二氧化碳鱼贯而出 。 一般而言 ， 玻璃杯底部不平整的地方更多 ， 这也是大部分气泡都会从酒杯底部涌出的原因 。
玻璃杯的显微照片 ， （a）（b）两图中黑线分别代表100微米和20微米 图片来源：ACS Omega 2021 ，6 ，14 ，9672–9679
二氧化碳不断析出 ， 啤酒中的二氧化碳浓度也越来越低 ， 这样所需要气腔的半径也越来越大 。 直到啤酒中再也没有足够大的气腔能让二氧化碳析出 ， 气泡也就不会再析出了 。 算出临界点 ， 就能得到啤酒不再冒泡时的二氧化碳浓度 。
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