研究发现香槟开瓶会产生超音速冲击波

打开香槟的瞬间会产生超音速冲击波。（Shutterstock）

打开一瓶香槟，砰的一声，随之富含气泡的酒水喷洒而出，标志着庆典拉开了序幕。一份新研究发现，原来打开香槟酒的过程会在空气中产生超音速冲击波。

研究人员第一次从流体力学的角度模拟了香槟酒开瓶的过程，分析了在第一毫秒内，瓶内的二氧化碳和液体的混合物在冲出瓶口的过程中，冲击波的形成、演变和消散。

主要研究者之一法国雷恩第一大学（Université de Rennes 1）的罗伯特·乔治斯（Robert Georges）说：“希望我们的研究给其他研究人员提供有意思的线索，他们可能会把香槟酒瓶当作一个迷你实验室。”

他们的研究显示，香槟瓶盖被开启的最初阶段，气体混合物部分被瓶盖堵住，无法达到音速。随着瓶盖开口的增大，气体混合物迅速以音速逃逸，以连续发出普通冲击波和斜向冲击波的形式，快速达到和外界压力的平衡。

这两种波结合后形成了钻石型震波（shock diamond，也叫马赫环）——一种在火箭、喷气式发动机所喷出的超音速尾气中常见的波形。酒瓶对称的形态促成了冠状超音波的扩展。随着压力差的减小，最后，压力不足以把液体混合物以音速推出瓶颈和瓶盖。这个过程就结束了。

合作研究员法国兰斯大学（Université de Reims Champagne-Ardenne）的热拉尔·利格-贝莱尔（Gérard Liger-Belair）说：“我们的研究揭示了一瓶香槟酒被打开的时候所隐藏着的、惊人而美丽的动态波形。谁能想到，在生活中这样一个普通的过程之下，竟然隐藏着如此复杂和美丽的现象?”

研究人员计划继续探索像温度、体积、酒瓶瓶颈的直径以及这个过程所发生的物理化学反应等各项参数，对这个过程所起的影响。比如，人们没有注意到的是，在瓶盖开启的瞬间，由于压力的骤降导致温度骤降，一些液滴会瞬间结成冰晶。研究人员也想知道这些冰晶对超音波的影响。

这份研究5月17日发表于《流体物理学》（Physics of Fluids）期刊。