法国画家夏尔丹名画《肥皂泡》 | commons.wikimedia.org

现如今，世界上的肥皂泡爱好者们众多，他们甚至组成了一个全球性的组织——国际泡泡艺术家协会。

科技在发展，时代在进步，但是如何吹出一个大泡泡，却仍是困扰无数人的童年迷思。

贾斯汀·伯顿（Justin C. Burton）同样有这样的迷思。作为美国埃默里大学的物理学副教授，他一直好奇，那些街头艺术家们如何把泡泡吹成“直径有呼啦圈大小，长度和一辆汽车相当”。

于是，贾斯汀决定自己造个大泡泡。

巨大泡泡背后的奥秘

目前，世界上最大的室外自由漂浮肥皂泡是由泡泡大师U.R.Awesome博士创造。在2015年，他使用两根鱼竿绑着绳子，沾满肥皂液，创造了一个96.27立方米的超级大泡泡，体积接近一辆卡车。

目前记录的最大的户外肥皂泡 | drurawesome.com

而大泡泡专用的肥皂液配方并不是什么奥秘，甚至有人把爱好者们公布的配方搜集在一起，做成了肥皂泡维基（Soap Bubble Wiki）。

在众多肥皂泡配方中，除了水和洗涤剂这些常见的原料，还往往包含一些聚合物。比如，在肥皂泡维基中最常出现的天然瓜尔胶或聚环氧乙烷（PEO），前者是一种常用的食品增稠剂，后者是工业上常用的增稠剂和润滑油。

贾斯汀敏锐地意识到，制造巨大泡泡的关键就在于聚合物。

聚乙二醇的分子式，分子量超过20000的一般称为聚环氧乙烷（PEO）

贾斯汀和他的团队在水与洗洁精（起到肥皂的作用）的混合溶液中，分别加入不同浓度的瓜尔胶溶液和PEO溶液（J-Lube润滑液，PEO含量为25%），研究它们如何影响了肥皂泡的大小。

首先，他们测试了不同浓度溶液的剪切黏度，这一指标最能反映肥皂液这类液体流动性的强弱。

当加入PEO后，剪切黏度并未发生太大变化；而加入瓜尔胶后，剪切黏度随着浓度升高而增大，甚至可达到PEO溶液的10倍。两种溶液的如此巨大的差异，但又都能吹出大泡泡，说明了肥皂液的剪切黏度并不是主要因素。

在形成肥皂泡时，肥皂液会离开棉线，并逐渐拉伸。因此，贾斯汀将目光转向流体另一个重要参数——拉伸黏度，这能体现拉伸状态下流体的运动特点。

贾斯汀使用高速摄像机拍下了液滴下落（拉伸）的过程，测量了最终滴下之前的拉伸长度和破裂时间——无论是加入瓜尔胶还是PEO，都会对流体的拉伸性能产生显著影响。看来，“拉伸黏度”才是这些聚合物分子发挥作用的关键。

不同PEO分子量和浓度下拉伸的长度（Frazier，2020）

而且在实验中，贾斯汀发现聚合物的添加并不是浓度越高越好，而是需要在一个合适的浓度范围，才能最大程度改善肥皂液的拉伸黏度。他解释说，“聚合物缠结在一起时，就像一个毛线球，形成了一个不容易分开的长链，只要在最合适的浓度下，它们能使肥皂膜达到一个既有黏性又有弹性的最佳点。”

此外，研究者们发现了网友的一个建议：聚合物静置一段时间再使用，效果会更好。贾斯汀意识到瓜尔胶和PEO这些高分子聚合物静置后，会使原本很长的分子链会降解，产生不同长度分子链的混合物。于是，贾斯汀配置了不同分子量的PEO溶液。通过混合两种不同分子量的溶液（相当于模拟了静置后的溶液），发现确实比单一溶液的效果好。

为什么会出现这种现象？暂时并没有明确的理论来解释，贾斯汀也仅仅给出一种推测。在溶液中，聚合物的瞬间缠结会导致流体拉伸黏度变化，而多种分子量混合的聚合物会与表面活性剂分子产生更丰富的相互作用。