The fascinating science of bubbles, from soap to champagne | Li Wei Tan

Переводчик: Alena Chernykh Редактор: Elena Malykh

Some years ago, I was visiting Paris

Несколько лет назад я была в Париже.

and walking along the Seine River during a beautiful summer afternoon.

Прогуливаясь вдоль Сены в один прекрасный летний день,

I saw giant bubbles floating on the riverbank,

я увидела огромные пузыри, плывущие по берегу реки.

like this one.

Вот как этот.

The next moment, it popped and was gone.

Через мгновение он лопнул и исчез.

Making them were two street performers surrounded by a crowd.

Эти пузыри пускали два уличных артиста, окружённые толпой зрителей.

They visibly make a living by asking for donations

Похоже, они зарабатывали на жизнь сбором пожертвований

and by selling pairs of sticks tied with two strings.

и продажей палочек, связанных попарно двумя верёвочками.

When I was there, a man bought a pair of sticks for 10 euros,

Я увидела, как мужчина покупает пару палочек за 10 евро,

which surprised me.

и очень удивилась.

I am a scientist who is passionate about bubbles.

Я учёный, и я влюблена в пузыри.

I know the right trick to make the giant bubbles

И я знаю, что секрет гигантских мыльных пузырей

is the right soapy water mixture itself --

заключается в правильной мыльной смеси,

not the sticks,

а не в палочках.

which may be needed,

Возможно, они тоже нужны,

but you can easily make them at home.

но их легко сделать дома своими руками.

Focusing on the sticks makes us not see that the real tool is the bubble itself.

Сосредотачиваясь на палочках, мы отвлекаемся от самого пузыря.

Bubbles might seem like something just children make while playing,

Пузыри могут казаться нам детской забавой,

but sometimes it can be really stunning.

но иногда это тебя просто захватывает.

However, there are more fascinating science to bubbles,

На самом деле пузыри — это целая наука,

such as problem-solving tools.

инструмент, помогающий нам в решении проблем.

So I would like to share with you

Я хочу поделиться с вами

a few stories about the science of creating bubbles

парой историй о науке создания пузырей,

and the science of eliminating the microscopic ones.

а также о науке о ликвидации микроскопических пузырьков.

Since it's up on the screen, let's start with the soap bubble.

Начнём с мыльных пузырей, раз уж они у нас на экране.

It is made from very common substances:

Они состоят из знакомых всем веществ:

air, water, soap, in the right mixture.

воздуха, воды и мыла, смешанных в определённой пропорции.

You can see soap bubbles constantly changing their colors.

Мыльные пузыри постоянно меняют цвет.

This is due to the interaction with light at various directions

Это происходит в результате взаимодействия со светом в разных направлениях

and the changes of their thickness.

и изменения толщины их стенок.

One of the common substances, water molecules,

Знакомые всем молекулы воды

are formed by two atoms of hydrogen and one atom of oxygen -- H2O.

состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода — H2O.

On most surfaces, water droplets tend to curve inwards,

На большинстве поверхностей капли воды загибаются внутрь,

forming a semihemisphere shape.

принимая форму полусферы.

This is because the water droplet's surface is like an elastic sheet.

Происходит так потому, что поверхность капли похожа на гибкий лист.

The water molecule on the surface is constantly being pulled inwards

Молекулы воды на поверхности постоянно притягиваются внутрь

by the molecule at the center.

центральными молекулами.

And the quality of the elasticity is what we call "surface tension."

Эта гибкость называется поверхностным натяжением.

Now by adding soap,

Если добавить мыло,

what happens is the soap molecule reduces the surface tension of water,

его молекула уменьшит поверхностное натяжение воды,

making it more elastic and easier to form bubbles.

сделает его эластичнее и позволит сформировать пузыри.

You can think of a bubble as a mathematical problem-solver.

Для нас пузыри могут быть помощниками в решении математических задач.

You see it relentlessly trying to achieve geometry perfection.

Вы видите, как они упорно стремятся к геометрическому совершенству.

For instance, a sphere is the shape with the least surface area

Например, шар — форма с наименьшей площадью поверхности

for a given volume.

при заданном объёме.

That's why a single bubble is always in the shape of a sphere.

Поэтому пузырь всегда принимает форму шара.

Let me show you. Check it out.

Сейчас я покажу. Смотрите.

This is a single bubble.

Вот один пузырь.

When two bubbles touch each other,

Когда соприкасаются два пузыря,

they can save materials by sharing a common wall.

они могут сэкономить материал, имея общую стенку.

When more and more bubbles are added together,

Когда добавляется больше пузырей,

their geometry changes.

их геометрия меняется.

These four bubbles are added together.

Здесь соединены четыре пузыря.

They meet at one point at the center.

Они соединяются в центральной точке.

When six bubbles are added together,

Если соединить шесть пузырей,

a magical cube appears at the center.

в центре чудесным образом появится куб.

(Applause)

(Аплодисменты)

That is surface tension at work,

Так работает поверхностное натяжение,

trying to find the most effective geometry arrangement.

стремясь обрести самые выигрышные геометрические формы.

Now, let me give you another example.

Сейчас я приведу ещё один пример.

This is a very simple prop.

Это очень простой предмет.

This is made from two layers of plastic

Сделан из двух слоёв пластика

with four pins connected to each other.

и четырёх кнопок, соединённых друг с другом.

Imagine these four pins represent four cities that are equally apart,

Представьте, что эти кнопки — четыре равноудалённых города,

and we would like to make roads to connect these four cities.

и мы хотим соединить их дорогами.

My question is: What is the shortest length to connect these four cities?

Вопрос: как найти кратчайший способ соединить эти четыре города?

Let's find out the answer by dipping it into the soapy water.

Давайте на него ответим, окунув этот предмет в мыльную воду.

Remember, the soap bubble forms will always try to minimize

Вспомните, что формы мыльного пузыря всегда будут иметь тенденцию

their surface area

минимизировать свою площадь

with a perfect geometry arrangement.

и образовывать идеальную геометрическую структуру.

So the solution might not be something you expected.

Решение может оказаться неожиданным.

The shortest length to connect these four cities

Длина кратчайшего пути между этими четырьмя городами

is 2.73 times the distance between these two cities.

в 2,73 раза меньше расстояния между вот этими двумя городами.

(Applause)

(Аплодисменты)

Now you've got the idea.

Теперь вы поняли.

The soap bubble forms will always try to minimize their surface area

Форма мыльного пузыря всегда стремится уменьшить площадь своей поверхности

with a perfect geometry arrangement.

с помощью идеальной геометрической структуры.

Now, let us look at bubbles in another perspective.

Теперь посмотрим на пузыри под иным углом зрения.

My daughter, Zoe, loves visiting zoos.

Моя дочка Зои обожает зоопарки.

Her favorite spot is Penguin Cove at Marwell Zoo in Southern England,

Бухта пингвинов — её любимое место в зоопарке Marwell Zoo в южной Англии.

where she could see penguins swim at speed under the water.

Там она могла наблюдать,как пингвины плавают под водой на большой скорости.

One day, she noticed that the body of penguins

Однажды она заметила, что когда пингвин плывёт,

leaves a trail of bubbles when they swim

от его тела идёт шлейф пузырьков,

and asked why.

и спросила, почему так происходит.

Animals and birds like penguins

Животные и птицы, которые, подобно пингвинам,

that spend a lot of their time under the water

проводят много времени под водой,

have evolved an ingenious way of utilizing the capability of bubbles

в ходе эволюции научились использовать способность пузырьков

to reduce the density of water.

уменьшать плотность воды.

Emperor penguins are thought to be able to dive a few hundred meters

Как полагают, императорские пингвины способны нырять на несколько сотен метров

below the sea surface.

в глубину моря.

They are thought to store the air under their feathers

Считается, что у них под перьями воздух,

before they dive

и ныряя,

and then progressively release it as a cloud of bubbles.

они постепенно выпускают его в виде облака пузырьков.

This reduces the density of water surrounding them,

Это уменьшает плотность воды вокруг них,

making it easier to swim through

облегчая им движение в воде

and speed up their swimming speed at least 40 percent.

и увеличивая скорость как минимум на 40 процентов.

This feature has been noticed by the ship manufacturers.

Это свойство заметили производители кораблей.

I am talking about the big ships here,

Я говорю о больших кораблях,

the ones that are used to transport thousands of containers across the ocean.

которые перевозят тысячи контейнеров через океан.

Recently, they developed a system called "air lubricating system,"

Недавно они разработали систему под названием «система воздушной смазки»,

inspired by the penguins.

вдохновившись примером пингвинов.

In this system, they produce a lot of air bubbles

В этой системе производится множество пузырьков,

and redistribute them across the whole of the ship,

которые перераспределяются окутывая весь корабль,

like an air carpet that reduces the water resistance

как воздушный ковёр, и уменьшают сопротивление воды,

when a ship is moving.

когда корабль движется.

This feature cuts off the energy consumption for the ship

Эта способность позволяет урезать потребление энергии

up to 15 percent.

на 15 процентов.

Bubbles can also be used for medicines.

Пузыри можно использовать и в медицине.

It can also play a role in medicines,

Они могут сыграть важную роль,

for instance, as a method for noninvasive delivery systems for drugs and genes

например, в качестве метода неинвазивной доставки лекарств и генов

to a specific part of the body.

в определённую часть тела.

Imagine a microbubble

Представьте, что микропузырёк,

filled with a mixture of drugs and magnetic agents

наполненный смесью из лекарства и магнитных частиц,

being injected into our bloodstream.

вводится в наш кровоток.

The bubbles will move to the target areas.

Пузырьки будут двигаться к цели.

But how do they know where to go?

Но откуда они знают, куда идти?

Because we placed a magnet there.

Мы поставим туда магнит.

For instance, this part of my hand.

Например, в эту часть моей руки.

When the microbubbles move to this part of my hand,

Когда микропузырьки доберутся в эту часть,

we can pop it via ultrasound

мы заставим их лопнуть с помощью ультразвука,

and release the drug exactly where it's needed.

и лекарство попадёт именно туда, куда нужно.

Now, I mentioned about the science of creating bubbles.

Я рассказала о науке создания пузырей.

But sometimes we also need to remove them.

Но иногда нам нужно от них избавиться.

That's actually part of my job.

Вообще-то, это и есть часть моей работы.

My exact job title is "ink formulation scientist."

Моя профессия называется «учёный-технолог печатных красок».

But I don't work on the ink that you use for your writing pens.

Но я работаю не с теми чернилами, которые используют в ручках.

I'm working on some cool applications

Я работаю над потрясающими разработками по применению,

such as organic photovoltaics, OPVs,

например, органической фотовольтаики, OPV,

and organic light-emitting diodes, OLEDs.

и органических светодиодов, OLED.

Part of my job is to figure out how and why we want to remove the bubbles

Мы занимаемся также и тем, что пытаемся понять, как и почему мы хотим

from the ink that my company produces.

убрать пузырьки из чернил, выпускаемых нашей компанией.

During the formulation-mixing process,

В процессе составления сложной рецептуры

or preparation process,

или в процессе приготовления вещества

we mix active ingredients, solvents and additives

мы соединяем активные компоненты, растворители и добавки,

in order to achieve the formulations with the properties we want

чтобы придать смеси нужные свойства

when the ink is being used.

для использования чернил.

But just like you would make drinks

Но, как и в процессе смешивания коктейлей

or bake cakes,

или выпекания торта,

it is unavoidable that some air bubbles will be trapped inside that ink.

попадание пузырьков воздуха в эти чернила неизбежно.

Here, we are talking about a different space

Мы сейчас говорим не о пузырях,

from the bubbles I'd seen in Paris.

подобных тем, которые я видела в Париже.

The bubbles that are trapped inside those inks

Пузыри, которые попадают в чернила,

vary between a few millimeters,

имеют размер от нескольких миллиметров

a few microns

до нескольких микронов

or even a few nanometers in size.

или даже нанометров.

And what we are concerned about

Нас беспокоит то,

is the oxygen and the moisture that is trapped inside.

что кислород и влага оказываются запертыми изнутри.

At this size scale, removing them is not easy.

И при таких размерах убрать их нелегко.

But it matters,

Но это нужно сделать.

for instance, for organic light-emitting diodes inks

Например, чернила в органических светодиодах,

that we can use to produce display for your smartphone, for example.

которые используются в экранах смартфонов.

It's supposed to last for many years,

Они должны работать долгие годы,

but if the ink that we use has been absorbed with oxygen and moisture

но если в чернила попадёт кислород и влага

[which] are not being removed,

и если их не убрать,

then we can quickly see dark spots appear in the pixels.

то скоро на экране появятся тёмные точки.

Now, one challenge we face in removing the microbubbles

Одна из проблем, которые возникают при удалении микропузырьков, —

is that they are not very cooperative.

они не очень-то идут вам при этом навстречу.

They like to sit there,

Им нравится сидеть

bathing in the ink without moving much.

без движения и купаться в чернилах.

But how do we kick them out?

Но как нам их выгнать оттуда?

One technology we use

С помощью используемой нами технологии

is to force the ink going through a thin, long and tiny tube

можно пропустить чернила через тонкую, длинную трубочку

with a porous wall,

с пористыми стенками.

and we place the tubes inside the vacuum chamber,

Трубки помещают в вакуум,

so that the bubbles can be squeezed out from the ink

и пузыри выдавливаются из чернил

and be removed.

и их убирают.

Once we manage to remove the bubbles from the ink that we produce,

Как только нам удаётся удалить пузырьки из наших чернил,

it is time for celebration.

настаёт время праздника.

Let's open a bubbling champagne.

Давайте откроем бутылку пенистого шампанского.

Ooh, this is going to be fun!

Это будет весело!

(Laughter)

(Смех)

Woooo!

Урааа!

(Applause)

(Аплодисменты)

You could see a lot of bubbles rushing out from the champagne bottle.

Вы видели, как пузырьки вырвались из бутылки с шампанским.

These are the bubbles filled with carbon dioxide,

Это пузыри заполнены углекислым газом,

a gas that's been produced during the fermentation process of the wine.

который был произведён во время процесса брожения вина.

Let me pour some out.

Позвольте мне налить немного.

I can't miss the chance.

Не могу упустить шанс.

I guess it's enough.

Думаю, этого достаточно.

(Laughter)

(Смех)

Here, I can see a lot of microbubbles

Здесь множество микропузырьков,

moving from the bottom of the glass to the top of the champagne.

они поднимаются со дна бокала наверх.

Before it pops,

Перед тем как лопнуть,

it will jet tiny droplets of aroma molecules

они превратятся в крошечные капельки ароматических молекул

and intensify the flavor of champagne,

и усилят вкус и аромат шампанского,

making us enjoy much more the flavor of champagne.

чтобы мы смогли насладиться им ещё больше.

As a scientist who is passionate about bubbles,

Как учёный и поклонница пузырей,

I love to see them,

я люблю смотреть на них,

I love to play with them,

играть с ними,

and I love to study them.

изучать их.

And also, I love to drink them.

А ещё я люблю их пить.

Thank you.

Спасибо.

(Applause)

(Аплодисменты)