Откупоривание шампанского — ключ к решению мировых энергетических проблем

Пузырьки, которые придают игристому вину его текстуру, а иногда заставляют жидкость выливаться через край бутылки, являются углекислым газом, который под давлением растворён, но проявляется при открытии пробки.Корни процесса хорошо известны, но конкретные законы, определяющие, как пузырьки газа возникают и взаимодействуют, до конца не изучены. Отчасти это объясняется тем, что пузырьки увеличиваются в размере от микронов до миллиметров.Эволюция пузырьков на научном языке называется переконденсацией или Оствальдовским созреванием — по имени исследователя Вильгельма Оствальда, который и открыл процесс в 1896 году. Если вкратце, маленькие пузырьки поглощаются большими, потому что у последних более стабильное энергетическое состояние, пишет англоязычный сайт RT.Обыватели становятся свидетелями этого процесса, имея дело с едой и напитками: при открывании бутылки шампанского на Новый год, банки с газированным напитком или даже кушая мороженое, где формирование кристаллов льда при застывании происходит по тем же законам.Но созревание Оствальда встречается и в промышленности. На электростанциях часто используются котлы для преобразования воды в пар, который вращает турбины, а пузыри, образующиеся на поверхности, уменьшают эффективность, так как снижают уровень теплоотдачи и медленно повреждают детали. Процесс также вредит судостроителям, так как пузырьки постепенно приводят к разрушению винтов.Точное понимание того, как протекает процесс созревания Оствальда, поможет проектировать более эффективные паровые котлы и турбины, и именно этим занимается команда учёных из Университета Токио, Университета Кюсю и Института физико-химических исследований RIKEN. Результаты их исследований были опубликованы в издании Journal of Chemical Physics.Исследователи провели эксперимент, но не с бутылкой шампанского, а с виртуальными молекулами, которые смоделировал суперокомпьютер в институте RIKEN — самый мощный в Японии и четвёртый по скорости обработки информации в мире. 4 тысячи процессоров этого суперкомпьютера помогли учёным смоделировать 700 миллионов частиц и проследить миллион шагов их развития во времени.«Чтобы воспроизвести пузырьки, необходимо гигантское количество молекул — порядка десяти тысяч», — поясняет Хироси Ватанабе, один из авторов доклада, почему задача не под силу обычному компьютеру.Учёные подтвердили, что теория Лифшица-Слёзова-Вагнера, объясняющая, как пузырьки образуют пену, верно описывает процесс созревания Оствальда, несмотря на существование доказательств обратного.«Честно говоря, наше текущее исследование является фундаментальным и не может сию секунду привести к увеличению эффективности устройств, — сообщил журналистам Ватанабе. — Но это первый шаг к пониманию, как возникают пузыри и как они взаимодействуют друг с другом во время формирования пузыря начиная от уровня молекулы».Когда вы в следующий раз откроете бутылку шампанского, то можете оценить в действии созревание Оствальда и произнести тост за этот процесс, понимание которого в будущем, возможно, поможет справиться с энергетическим кризисом.