有個物理難題困擾了物理學家 100 年，總算在 2019 年找到了解答，但找到解答的人，不是霍金、費曼這種超大人物，而是一個大學生。這個百年難題是這樣的：
為什麼管子裡的氣泡會塞住？
這個問題的答案是什麼？那個大學生是怎麼找到答案的？
理論上氣泡會往上浮，為什麼會塞在管子裡？
在寬廣的水域中，水裡的氣泡會往上浮。它的原理很簡單：因為氣泡的密度比水還低，浮力大於氣泡本身的重量，因此它會往上浮。然而在狹窄的管子中，氣泡卻會堵塞，不會往上浮。既然氣泡的密度比水低，理論上浮力會把它往上推，如果會卡住，就代表它遭遇阻力。
早在一個世紀前，科學家就發現這個現象，卻無法解釋，因為他們一直找不到阻力。
1960 年代，有個名叫 Bretherton 的科學家，根據氣泡的形狀建立公式，試圖解釋氣泡塞住管子的現象。此外，其他科學家假設，氣泡塞住管子的原因是氣泡和管壁間的薄膜。但他們都無法完整解釋氣泡塞住的原因。
大學生用光學干涉技術，精準量測氣泡塞住的因子：薄膜
直到近期，這個謎團才被一名就讀 EPFL（洛桑聯邦理工學院）的大學生解開。該學生名為 Wassim Dhaouadi，他與軟性介面工程力學實驗室（Engineering Mechanics of Soft Interfaces laboratory，EMSI）的負責人 John Kolinski，一起使用光學干涉的技術，精準量測了泡泡與管壁之間的薄膜厚度，大約 1 奈米。
此外，Dhaouadi 也發現，管內的泡泡並沒有堵住，而是以一個肉眼看不到的速度緩慢移動，打破先前科學家的認知。Dhaouadi 解釋，由於氣泡與管壁間的薄膜厚度很薄，因此形成強大阻力，讓氣泡以肉眼看不到的速度移動。
該研究刊登在《PHYSICAL REVIEW FLUIDS》期刊上。
論文傳送門
Dhaouadi 的實驗讓物理界的百年難題得到解答。護理師都知道，為病患注射前要先把針筒的氣泡擠掉，避免將氣泡注入病患血管內，導致微血管堵塞；而 Dhaouadi 的實驗為這個現象提供解答，對動物血流、植物水流等生物流體力學有極大貢獻。
Dhaouadi 的實驗也有助於奈米尺度的流體力學研究。隨著機械微型化，奈米尺度的液流將是未來機械的重要課題，Dhaouadi 的觀察對未來技術的發展提供基礎。
參考資料來源：
1. 《PHYSICAL REVIEW FLUIDS》：〈Bretherton’s buoyant bubble〉
2. 《PHYSORG》：〈Student solves a 100-year-old physics enigma〉
3. 《LIVE SCIENCE》：〈Student Solves a Decades-Old Physics Mystery〉
（本文提供合作夥伴轉載。首圖來源：pxfuel CC Licensed）
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