酒中物理从啤酒里学习流体力学！

"除了消暑解渴，常见的啤酒或汽水中液/汽相的交互作用也蕴含了许多吸引人的物理课题。"大部分的气泡饮料都是透过碳酸化制成。二氧化碳在液体中的溶解量和压力成正比，因此当压力骤降，气体便会很快逸出。

这就是为什么在打开啤酒时，可以看到许多小气泡向上窜。有些气泡不久就破掉，其它的则在啤酒表面累积成一层厚厚的泡沫。不过在你喝下第一口沁凉的啤酒之前，里面的气体还会经历更多不同阶段。下面我们就能看到饮料中的气泡是如何产生，它们运动的情形，以及更多相关的有趣现象。

一、气泡饮料起始

不过第一个让人好奇的问题是：为什么我们喜欢气泡饮料？事实证明，要找出科学的答案并不容易。实验发现，碳酸触发脑部深层痛觉受器的模式，和辛辣食物雷同。如果我们尝试喂其它动物喝碳酸水，不论是老鼠、狗、还是马，都表现出拒绝。

然而人类似乎十分享受这种轻微的刺激。水和气泡中的二氧化碳会和唾液中的酵素反应，产生少量的碳酸，也就是轻微刺痛感的来源。我们已经知道，气泡本身会改变饮料带来的味觉感受，在汽水中尤其如此：气泡越小，就能越快的溶解并放出碳酸。

厂商会根据消费者的喜好来调整饮料中的气体含量；口味较甜的汽水通常含有较多气泡。为了深入了解，研究人员测试了气泡尺寸分布对味觉有何影响。结果让人十分不解：造成刺痛感的主要是碳酸的产生，而不是气泡；然而气泡的存在与否依然会影响味觉的感受。对于这个结果，没有人能提出一套明确的解释。

Joseph Priestley比较知名的成就是氧气的发现，不过在1772年他还发现了气体在高压下可以溶入水中，因此发明了人工的碳酸化过程。原本的意图是用于保存船只上的饮用水，不过从一开始Priestley便提到，碳酸化最显著的效果在于造就气泡水独特的畅快感。

除了人工方法之外，碳酸化也会在发酵过程中自然发生。酵母在摄入糖分后主要排出乙醇和二氧化碳；如果在封闭容器中进行发酵，累积的二氧化碳就会造成压力上升，使二氧化碳得以溶解。

尽管酿造啤酒的历史已有数千年，那时的陶制容器往往无法完全密封，因此气泡饮料如何诞生仍是未解之谜。气泡酒则在较晚的17世纪被发现，其中的碳酸来自于瓶中的二次发酵。

发酵过程中产生的酒精、酵素、和蛋白质等物质，让啤酒中的物理环境更加复杂而有趣。不同的物质会影响液体的表面张力、黏滞性、还有密度等物理特性，进而影响其中气泡的形成与运动，也会改变气泡的表面稳定度和寿命长短。另外，气泡也会让酒精更快被人体吸收，让人更快喝醉。

不论是否含有酒精，气泡饮料中可以说是充满着物理。如果在啤酒瓶盖打开后马上倒出，可以看到气泡从液体中间和啤酒杯内壁上浮现。成群的气泡持续向上流动，引发内部的对流，改变气泡的生成与运动模式。逐渐成长的气泡最终到达液体表面，最后破掉或是漂浮在表面，视液体的特性而定。

除此之外，气泡还会发出声音：它们在特定的共振频率会震动发出声响，其中共振频率取决于本身的大小，以及气体与溶剂的力学性质。研究人员也尝试过收取气泡上升时发出的音讯，藉此决定它们的大小分布状况。

二、气泡刹那

气泡在碳酸饮料中的行为主要由两条定律主宰。第一条是亨利定律：气体溶于液体中的饱和浓度Cs，正比于气体的分压pg，可以写成Cs＝kHpg，其中kH是亨利常数(虽然叫作常数，但其实会随着温度而变)。饱和浓度Cs有着重大的物理意义，

"当液体持续处于加压二氧化碳(或其他易溶气体)的环境中，只要给予足够的时间，能够溶解的气体量便会大于气压较低的情况。这时便可以说液体因为外压处于过饱和。"

啤酒通常在3 atm的压力下装瓶，香槟则是在6 atm下装瓶。在12°C时二氧化碳对水的亨利常数是1.9 g/L·atm，也就是说啤酒的二氧化碳浓度大约是5~6 g/L，香槟则是11 g/L。如果在标准条件下(25°C,1 atm)用同量的气体帮这些饮料装瓶，那分别需要3公升和5.6公升的液体，而不是原本的1公升。

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