肥皂水的氣泡有某種東西可以讓它以一種奇特而美麗的方式結冰。 看起來很神奇的反應是網路轟動多年來，維吉尼亞理工大學的物理學家認為他們終於有了解釋。
當正常的水滴結冰時，它從最冷點開始，在液體表面的其餘部分上線性移動，形成所謂的「冰凍鋒」。 肥皂泡不存在這樣的模式。
事實上，病毒式傳播一個又一個的視頻顯示這些虹彩球體正在做完全不同的事情。
在寒冷的溫度下，這些肥皂球會產生一團羽毛狀晶體的漩渦，慢慢地變成一個漩渦，就好像整個物體是一個搖晃的雪球。
研究凝結和霜現象的喬納森·博雷科（Jonathan Boreyko）表示：“我們已經看到了自然界中氣泡獨特的凍結動力學，但我們從未了解其背後的物理原理。”告訴紐約時報。
零下25還有辦法呢，再去冰凍氣泡吧。#薩斯克 #exploresask #泡泡 #冰凍 ＃寒冷 pic.twitter.com/Np1ACFvyb6
？ 克雷格·伯姆（@Skstormchaser）2017 年 12 月 28 日
受到 YouTube 上一段影片的啟發，Boreyko 和他的同事決定進行調查。 第一步是將肥皂泡放在步入式冰箱內的冰冷表面上。 然後，研究小組使用高速攝影機觀察熱傳遞的開始。
在第一個實驗中，當周圍環境與氣泡溫度相同時，一切開始相對正常。 幾乎在接觸後，氣泡立即從底部開始凍結，就像在經典的自下而上的凍結前緣中一樣。 然而，在幾秒鐘之內，這種自然流動就變得不穩定，變成了微小的冰晶“羽流”，並被向上流動的流體攜帶著。
“數百個夾帶的冰晶以戲劇性的方式圍繞氣泡旋轉，我們稱之為‘雪球效應’，”作者寫。
「幾秒鐘後，隨著冰晶尺寸變大，羽流消散並消失。最後，氣泡在（10秒）內完全凍結，不僅是從自下而上的凍結前沿，而且特別是從隨著冰晶生長並相互連結在一起，漂浮的冰晶」。
根據物理學家的說法，這一解釋與一個稱為「a」的概念有關。馬蘭戈尼流，這本質上意味著流體喜歡從表面張力較低的熱區域流向表面張力較高的冷區域。
那麼，您可能想知道，為什麼晶體會從肥皂泡的冰凍底部流到據稱較溫暖的頂部？
好吧，儘管聽起來很瘋狂，但當水結冰時，物體實際上會升溫。 這是因為液態水含有更多的能量比凍結的水，這意味著當水凍結時，它會放棄一些“潛在”能量，如下圖所示。
（艾哈邁迪等人，《自然通訊》，2019）
這些暖流將這些旋轉的冰晶分離並攜帶到肥皂球周圍，形成多個新的冰凍前沿，這些冰凍前沿發出長長的、手指狀的探針與其他探針連接。
起初，這些微小的晶體太小，肉眼無法看到，但經過馬蘭戈尼冷凍僅一秒鐘左右，數百個微小的冰粒懸浮在薄膜內並生長，短暫加熱周圍的液體。
「此時，溫度和表面張力的梯度發生在無數的位置和方向，這與從自下而上的凍結前緣延伸的完全面外梯度的原始情況相反，」作者解釋。
“因此，‘雪球效應’消滅了最初創造它的馬蘭戈尼流。”
（艾哈邁迪等人，《自然通訊》，2019）
然而，情況並非總是如此，並且取決於周圍的溫度。 例如，當這些肥皂泡被放置在普通房間的冰冷基底上時，就不會產生這樣的雪球。
僅僅幾毫秒後，冰凍鋒再次開始，從下往上形成。 但這一次，這種現像只持續了很短的時間。 大約十秒鐘後，冰凍鋒停了下來，氣泡展出的一種「部分凍結平衡，氣泡頂部保持液態」的狀態。
幾分鐘後，上面的液體開始排入下面的冰中，導致頂部因薄膜破裂而突然收縮並塌陷。 與冰箱中的正常水滴甚至肥皂泡不同，它們都很快就會結冰，而在這種情況下，崩塌大約需要 10 分鐘。
作者認為，由於傳導不良，未凍結的區域仍未被冰接觸，這可能是由於房間以及氣泡頂部的溫度高於肥皂溶液的熔化溫度。 下圖總結了形成液冰屏障的兩種相反的力。
（艾哈邁迪等人，《自然通訊》，2019）
「當氣泡頂部溫度高於熔化溫度，而基底溫度低於熔化溫度時，就會出現部分凍結的氣泡，」作者得出結論。
“當氣泡的表面溫度和頂部溫度都低於冰點時，就會觀察到完全凍結的氣泡。”
1949 年，早在 YouTube 出現之前，化學家兼氣象學家 Vincent Schaefer 在華盛頓山觀察到了第一個冰凍氣泡。 七十年後，我們終於得到了他一直在尋找的答案。
該研究發表於自然通訊。
