到底香檳泡泡是如何形成？ 它如何在上浮、迸裂的過程中帶動香氣？
氣泡品質茲事體大
開瓶香檳，為自己倒上一杯，然后啜飲一口吧！那翻騰的氣泡上浮、迸裂，在液面發出優雅的嘶嘶聲，把上千個金色泡泡拋入空中，同時也釋放出酒中那撩人鼻息、鼓動味蕾的香醇。伴隨那滿口芳香、清涼沁透脾胃卻又暖人心窩的酒氣，微小金色泡泡譜出了節奏輕快的交響曲。而這，正是法國東北香檳區典型氣泡酒的迷人之處，也是世界各地慶典中不可或缺的一員。
沿著玻璃杯壁一列列緩緩上升的氣泡，就像是許多迷你的熱氣球一樣，這是一瓶好香檳的眾多特質之一。在滿盈香檳的笛形杯里，氣泡升至酒液平面之后，就會形成一個項圈般的環（collerette）。雖然沒有任何科學證據顯示香檳的品質和氣泡的大小有什么連帶關系，人們還是把兩者聯想在一起。由于確保香檳能有氣泡翻騰的傳統特色是一件攸關生意的大事，因此對于香檳釀酒廠來說，制造出極致完美的小泡泡就至為重要了。有鑒于此，數年前我和法國藍斯香檳阿丹尼大學以及"酩悅香檳"（Moet & Chandon）酒廠的幾位研究伙伴，便決定來研究碳酸飲料中氣泡的行為。整個氣泡生命史里包含許多因素，我們的目標是要決定、描述并進一步了解這些因素各自扮演的角色。在玻璃杯中斟滿了氣泡酒、啤酒或汽水，然后進行這種簡單卻仔細的觀察，竟在視覺上展現出它從未被發掘的迷人現象。我們最初的研究結果專注在氣泡生命史中的三個主要階段：氣泡的生成、上浮，以及迸裂。
氣泡的生成
在香檳、氣泡酒以及啤酒中的氣泡，主要是由二氧化碳所形成，這是由于糖在經過酵母菌發酵后，會轉換成酒精及二氧化碳分子。但是汽水之類的飲料之所以會發出嘶嘶聲，則是工廠將之碳酸化的結果。在裝瓶或裝罐后，溶解在液體中的二氧化碳會依循亨利定律（Henry's law），與軟木塞、瓶蓋或拉環下的氣體達到平衡；這個定律說明，在平衡時，氣體溶解于液體中的數量，會和氣體的壓力成正比。
打開一個瓶罐，液面上二氧化碳氣體的壓力就會急遽下降，破壞了原先已達到的熱力學平衡；如此一來，液體中的二氧化碳分子便呈現過飽和狀態（super saturation）。為了要與大氣壓力重新取得平衡，二氧化碳分子就必須從這個呈過飽和狀態的液體逃逸。而當我們把飲料倒入杯中時，有兩個機制會讓溶解的二氧化碳逃離：從液體的表面擴散出去，或是形成氣泡。
但是，若要群聚這些溶解的二氧化碳，使氣泡誕生，這些氣體分子就必須擠開周圍那些受到凡得瓦力（van der Waals force，一種偶極吸引力）強力牽系在一起的液態分子，因此氣泡的形成會受到這個能量障礙的牽制。然而，要克服能量障礙所需達到的過飽和比例，根本就超過氣體溶解于碳酸飲料中的量。
這樣一來，要在只稍稍過飽和的液體中（包括香檳、氣泡酒、啤酒及汽水皆是如此）形成氣泡，就必需要有事先存在的氣體空腔，而且空腔的曲率半徑必須大到足以克服這個成核作用（nucleation）的能量障礙，氣泡才可以自由地成長。之所以會如此，完全是因為氣泡表面的曲率會影響到它內部氣體的壓力，而根據拉普拉斯定律（Laplace's law），氣泡內外的壓力差會和氣泡半徑成反比，也就是說，氣泡越小，里面的壓力就越大。若低于某個臨界半徑，空腔內部的氣體壓力過大，便會阻止液體中溶解的二氧化碳擴散到空腔里。對新開瓶的香檳來說，這個臨界半徑約略是0.2微米。
為了要仔細觀測氣泡產生的位置（或稱為"氣泡溫床"），我們把裝有顯微鏡頭的高速攝影機對準數百串氣泡的底部。和一般想法相反的是，這些成核點（nucleation site）并非坐落于玻璃杯表面不規則的坑洞里，因為它們的寬度遠低于氣泡形成所需要的臨界曲率半徑。其實啊，這些氣泡溫床根本就是附著在玻璃壁上的雜質，大部份是中空且呈圓柱狀的纖維，它們是從空氣中掉落，或者是在擦拭玻璃杯的過程中遺留下來的。由于這些外來粒子的幾何形狀無法被飲料完全沾濕，所以在杯子斟滿時就可以包住一些氣袋。
在氣泡的形成過程中，溶解的二氧化碳分子會跑進這些微小的氣袋中，最后就長成一個肉眼可見的氣泡。氣泡受到毛細力的拉扯，起初一直停留在成核點，隨后這個氣泡所受的浮力會不斷增大，最后從成核點分離出來，而這也提供了讓另一個新泡泡形成的契機。同樣的過程會不斷重復，直到溶解的二氧化碳都用盡，氣泡也就不會再繼續產生了。
在每個成核點上產生氣泡的循環過程，其特性就由"發泡頻率"（也就是每秒鐘能產生幾個氣泡）來界定，這個頻率可以利用頻閃儀（stroboscope）來觀測。當頻閃儀的閃光頻率與氣泡的產生頻率相等時，這一串氣泡看起來就像凍結住一樣。
由于氣泡生成的動力學特性也取決于二氧化碳的溶解濃度，因此，不同的碳酸飲料就有不同的氣泡生成頻率。例如香檳，它的二氧化碳氣體含量大約是啤酒的三倍，所以在最活躍的成核點，每秒鐘冒出來的氣泡可以高達30個。相對的，在啤酒的氣泡溫床處，每秒鐘頂多只產生10個氣泡。
氣泡慢慢上浮
當一個氣泡從成核點釋放出來后，它會一邊奔向表面，一邊不斷成長（見中圖）。在氣泡上升的過程中，溶解的二氧化碳會不斷自氣泡表面擴散到氣泡里頭去，因此氣泡會不斷變大。一旦氣泡擴大，浮力也跟著增加，使得它們在上升過程中不斷加速，氣泡彼此之間的間距也就越來越大了 。
啤酒與氣泡酒并不是純液體。除了酒精與溶解的二氧化碳之外，還包含了其它許多的有機化合物，會和肥皂分子一樣展現出表面活性。這些表面活性劑（surfactant）泰半是由蛋白質與醣蛋白所組成，同時具有水溶性與非水溶性的部份。因此，表面活性劑不會乖乖溶解在液體中，反而是喜歡群聚在氣泡表面，讓疏水端對準氣體，而親水端則一頭栽入液體中。
一旦浮力不斷增強，便會導致氣袋與氣泡溫床分離，驅使氣泡在液體分子間破浪前行，此時，周圍的表面活性劑對于氣泡會展現何種行為就非常重要了。附著在氣泡上的表面活性分子會在表面形成一個防護罩，強化氣泡的結構。根據流體力學理論，在流體中上升的球形剛體，其所遭受的阻力會比表面不含表面活性劑的彈性球體要大，而且在上升過程中所碰到的表面活性分子，還會逐漸在氣泡表面累積，這使它不易變形的面積更加擴大。因此，一個半徑固定的氣泡，在上升時所受到的流體力學阻力會逐漸增加，當這個液-氣態界面完全被表面活性分子覆蓋而"污染"后，氣泡的速度也將降到最低。嚴格來說，在氣泡表面完全被"污染"之前，氣泡的邊界就已經完全硬化了，這個現象最近才由法國斯特拉斯堡市路易巴斯德大學的團隊所證實。
可是，一邊上升、一邊擴大的氣泡，其行為遠比半徑固定的氣泡還來得復雜。對于前者而言，氣泡在過飽和溶液中上升時，體積膨脹會導致表面積增加，這就使表面活性劑有更大的空間可以附著其上，所以膨脹中的氣泡會被互相抗衡的效應所影響。如果氣泡膨脹的速率超過表面活性劑使氣泡表面硬化的速度，氣泡就會不斷"清潔"它的界面，這是因為表面活性劑所覆蓋的表面積與不含活性劑的表面積之比值一路下降。如果這個比值增加，氣泡的表面就會遭受表面活性劑單層分子膜的無情污染，并開始硬化。
測量香檳與啤酒氣泡一路上升到表面的阻力系數，然后再和氣泡動力學科學文獻中的數據相比較之后，我們獲致的結論是：啤酒氣泡的表現就像是個球形剛體。相形之下，香檳、氣泡酒與汽水中的氣泡在上升過程中，界面就比較容易變形。這結果當然不會讓人太意外，因為啤酒所含的表面活性劑巨分子數量（每公升約有數百毫克）比香檳多了許多（每公升只有數毫克），而且由于啤酒的氣體含量比較低，啤酒氣泡的成長速率也會比香檳氣泡來得慢。正因如此，啤酒氣泡因膨脹所導致的清潔效應或許太弱，以致無法避免氣-液體界面的硬化。而在香檳、氣泡酒與汽水中，氣泡因為長得太快，界面活性劑分子的數量還不足以使它們變硬。
給我泡泡，其余免談
根據酒類專家的說法，喝香檳最好是使用杯身較長的"笛形香檳杯"（champagne flute，其形狀有如郁金香或圓錐體，如右圖，容量多達180 cc左右），如下圖所示。這種狹長形的設計可以延伸并凸顯氣泡浮升至頂端的流暢性，而向內收斂的杯口則會匯聚氣泡所攜帶的香氣，并使它們迸裂時釋放出來的芳香得以集中。它狹窄的杯身則會延長飲品的冰涼，使它持續冒泡。
笛形香檳杯比所謂的"碟形香檳杯"（champagne coupe，過去相當流行的一種杯身短、開口如碟狀的玻璃杯，如下圖）更適合用來喝氣泡酒。傳說中，這種碟形杯是根據18世紀末法國瑪麗皇后（Marie Antoinette）那對出名的胸部塑造而成的。時至今日它雖然仍很流行，但是根據品酒專家的說法，這種碟形杯的設計從來都不是用來喝香檳的，所以也無法讓品嘗的人得以充份享受香檳的特質。由于碟形杯的杯身淺、杯緣寬，會比較站不穩、容易潑灑出來，也不能像笛形杯一樣，能夠長時間保持酒的冰涼。更何況，碟形杯也無法以最佳的方式呈現出一串串氣泡的優雅姿態。
要打開一瓶香檳，你應該讓瓶口以45度傾斜向上，不要讓軟木塞對準自己或任何人。手握軟木塞，并朝同一個方向輕輕旋轉瓶身。你應該讓軟木塞輕喟一聲跳出來，而不是砰一聲讓它彈射出去。砰一大聲只會徒然浪費泡沫；正如俗話所說的："爽了耳朵，虧了舌頭。"
氣泡在砰聲中遽逝
一個香檳氣泡幾乎在它從飲料表面探頭而出的那一瞬間，就開始迸裂了（見上圖連續圖）。第二張圖中，構成一個氣泡突出部份的液體薄膜剛剛破裂。在這個極為短暫的事件中，將近一公厘大小的氣泡，形狀仍然保持不變。空腔的迸裂會形成一股高速的液體噴束迸飛出表面（第三圖），由于它本身速度的關系，噴束并不穩定，還會形成表面張力波，把噴流裂解成許多小水滴。自你倒酒進去后，每秒鐘都會有數百個泡沫迸裂，所以液體表面會充斥著許多圓錐狀結構，只可惜它們持續的時間太短，所以肉眼看不到。
泡沫花叢：由于表面泡沫的迸裂非常迅速（少于100微秒），很少有照片能夠捕捉到這個過程。當鄰近的一個泡沫迸裂時，它所造成的吸力會使群聚在一起的泡沫變形，形成賞心悅目的花朵狀結構（見上圖）。中心沒有泡沫的區域，會把它近鄰的泡蓋（氣泡露出液面的部份）拉扯至新形成的空腔處。
氣泡品質茲事體大
開瓶香檳，為自己倒上一杯，然后啜飲一口吧！那翻騰的氣泡上浮、迸裂，在液面發出優雅的嘶嘶聲，把上千個金色泡泡拋入空中，同時也釋放出酒中那撩人鼻息、鼓動味蕾的香醇。伴隨那滿口芳香、清涼沁透脾胃卻又暖人心窩的酒氣，微小金色泡泡譜出了節奏輕快的交響曲。而這，正是法國東北香檳區典型氣泡酒的迷人之處，也是世界各地慶典中不可或缺的一員。
沿著玻璃杯壁一列列緩緩上升的氣泡，就像是許多迷你的熱氣球一樣，這是一瓶好香檳的眾多特質之一。在滿盈香檳的笛形杯里，氣泡升至酒液平面之后，就會形成一個項圈般的環（collerette）。雖然沒有任何科學證據顯示香檳的品質和氣泡的大小有什么連帶關系，人們還是把兩者聯想在一起。由于確保香檳能有氣泡翻騰的傳統特色是一件攸關生意的大事，因此對于香檳釀酒廠來說，制造出極致完美的小泡泡就至為重要了。有鑒于此，數年前我和法國藍斯香檳阿丹尼大學以及"酩悅香檳"（Moet & Chandon）酒廠的幾位研究伙伴，便決定來研究碳酸飲料中氣泡的行為。整個氣泡生命史里包含許多因素，我們的目標是要決定、描述并進一步了解這些因素各自扮演的角色。在玻璃杯中斟滿了氣泡酒、啤酒或汽水，然后進行這種簡單卻仔細的觀察，竟在視覺上展現出它從未被發掘的迷人現象。我們最初的研究結果專注在氣泡生命史中的三個主要階段：氣泡的生成、上浮，以及迸裂。
氣泡的生成
在香檳、氣泡酒以及啤酒中的氣泡，主要是由二氧化碳所形成，這是由于糖在經過酵母菌發酵后，會轉換成酒精及二氧化碳分子。但是汽水之類的飲料之所以會發出嘶嘶聲，則是工廠將之碳酸化的結果。在裝瓶或裝罐后，溶解在液體中的二氧化碳會依循亨利定律（Henry's law），與軟木塞、瓶蓋或拉環下的氣體達到平衡；這個定律說明，在平衡時，氣體溶解于液體中的數量，會和氣體的壓力成正比。
打開一個瓶罐，液面上二氧化碳氣體的壓力就會急遽下降，破壞了原先已達到的熱力學平衡；如此一來，液體中的二氧化碳分子便呈現過飽和狀態（super saturation）。為了要與大氣壓力重新取得平衡，二氧化碳分子就必須從這個呈過飽和狀態的液體逃逸。而當我們把飲料倒入杯中時，有兩個機制會讓溶解的二氧化碳逃離：從液體的表面擴散出去，或是形成氣泡。
但是，若要群聚這些溶解的二氧化碳，使氣泡誕生，這些氣體分子就必須擠開周圍那些受到凡得瓦力（van der Waals force，一種偶極吸引力）強力牽系在一起的液態分子，因此氣泡的形成會受到這個能量障礙的牽制。然而，要克服能量障礙所需達到的過飽和比例，根本就超過氣體溶解于碳酸飲料中的量。
這樣一來，要在只稍稍過飽和的液體中（包括香檳、氣泡酒、啤酒及汽水皆是如此）形成氣泡，就必需要有事先存在的氣體空腔，而且空腔的曲率半徑必須大到足以克服這個成核作用（nucleation）的能量障礙，氣泡才可以自由地成長。之所以會如此，完全是因為氣泡表面的曲率會影響到它內部氣體的壓力，而根據拉普拉斯定律（Laplace's law），氣泡內外的壓力差會和氣泡半徑成反比，也就是說，氣泡越小，里面的壓力就越大。若低于某個臨界半徑，空腔內部的氣體壓力過大，便會阻止液體中溶解的二氧化碳擴散到空腔里。對新開瓶的香檳來說，這個臨界半徑約略是0.2微米。
為了要仔細觀測氣泡產生的位置（或稱為"氣泡溫床"），我們把裝有顯微鏡頭的高速攝影機對準數百串氣泡的底部。和一般想法相反的是，這些成核點（nucleation site）并非坐落于玻璃杯表面不規則的坑洞里，因為它們的寬度遠低于氣泡形成所需要的臨界曲率半徑。其實啊，這些氣泡溫床根本就是附著在玻璃壁上的雜質，大部份是中空且呈圓柱狀的纖維，它們是從空氣中掉落，或者是在擦拭玻璃杯的過程中遺留下來的。由于這些外來粒子的幾何形狀無法被飲料完全沾濕，所以在杯子斟滿時就可以包住一些氣袋。
在氣泡的形成過程中，溶解的二氧化碳分子會跑進這些微小的氣袋中，最后就長成一個肉眼可見的氣泡。氣泡受到毛細力的拉扯，起初一直停留在成核點，隨后這個氣泡所受的浮力會不斷增大，最后從成核點分離出來，而這也提供了讓另一個新泡泡形成的契機。同樣的過程會不斷重復，直到溶解的二氧化碳都用盡，氣泡也就不會再繼續產生了。
在每個成核點上產生氣泡的循環過程，其特性就由"發泡頻率"（也就是每秒鐘能產生幾個氣泡）來界定，這個頻率可以利用頻閃儀（stroboscope）來觀測。當頻閃儀的閃光頻率與氣泡的產生頻率相等時，這一串氣泡看起來就像凍結住一樣。
由于氣泡生成的動力學特性也取決于二氧化碳的溶解濃度，因此，不同的碳酸飲料就有不同的氣泡生成頻率。例如香檳，它的二氧化碳氣體含量大約是啤酒的三倍，所以在最活躍的成核點，每秒鐘冒出來的氣泡可以高達30個。相對的，在啤酒的氣泡溫床處，每秒鐘頂多只產生10個氣泡。
氣泡慢慢上浮
當一個氣泡從成核點釋放出來后，它會一邊奔向表面，一邊不斷成長（見中圖）。在氣泡上升的過程中，溶解的二氧化碳會不斷自氣泡表面擴散到氣泡里頭去，因此氣泡會不斷變大。一旦氣泡擴大，浮力也跟著增加，使得它們在上升過程中不斷加速，氣泡彼此之間的間距也就越來越大了 。
啤酒與氣泡酒并不是純液體。除了酒精與溶解的二氧化碳之外，還包含了其它許多的有機化合物，會和肥皂分子一樣展現出表面活性。這些表面活性劑（surfactant）泰半是由蛋白質與醣蛋白所組成，同時具有水溶性與非水溶性的部份。因此，表面活性劑不會乖乖溶解在液體中，反而是喜歡群聚在氣泡表面，讓疏水端對準氣體，而親水端則一頭栽入液體中。
一旦浮力不斷增強，便會導致氣袋與氣泡溫床分離，驅使氣泡在液體分子間破浪前行，此時，周圍的表面活性劑對于氣泡會展現何種行為就非常重要了。附著在氣泡上的表面活性分子會在表面形成一個防護罩，強化氣泡的結構。根據流體力學理論，在流體中上升的球形剛體，其所遭受的阻力會比表面不含表面活性劑的彈性球體要大，而且在上升過程中所碰到的表面活性分子，還會逐漸在氣泡表面累積，這使它不易變形的面積更加擴大。因此，一個半徑固定的氣泡，在上升時所受到的流體力學阻力會逐漸增加，當這個液-氣態界面完全被表面活性分子覆蓋而"污染"后，氣泡的速度也將降到最低。嚴格來說，在氣泡表面完全被"污染"之前，氣泡的邊界就已經完全硬化了，這個現象最近才由法國斯特拉斯堡市路易巴斯德大學的團隊所證實。
可是，一邊上升、一邊擴大的氣泡，其行為遠比半徑固定的氣泡還來得復雜。對于前者而言，氣泡在過飽和溶液中上升時，體積膨脹會導致表面積增加，這就使表面活性劑有更大的空間可以附著其上，所以膨脹中的氣泡會被互相抗衡的效應所影響。如果氣泡膨脹的速率超過表面活性劑使氣泡表面硬化的速度，氣泡就會不斷"清潔"它的界面，這是因為表面活性劑所覆蓋的表面積與不含活性劑的表面積之比值一路下降。如果這個比值增加，氣泡的表面就會遭受表面活性劑單層分子膜的無情污染，并開始硬化。
測量香檳與啤酒氣泡一路上升到表面的阻力系數，然后再和氣泡動力學科學文獻中的數據相比較之后，我們獲致的結論是：啤酒氣泡的表現就像是個球形剛體。相形之下，香檳、氣泡酒與汽水中的氣泡在上升過程中，界面就比較容易變形。這結果當然不會讓人太意外，因為啤酒所含的表面活性劑巨分子數量（每公升約有數百毫克）比香檳多了許多（每公升只有數毫克），而且由于啤酒的氣體含量比較低，啤酒氣泡的成長速率也會比香檳氣泡來得慢。正因如此，啤酒氣泡因膨脹所導致的清潔效應或許太弱，以致無法避免氣-液體界面的硬化。而在香檳、氣泡酒與汽水中，氣泡因為長得太快，界面活性劑分子的數量還不足以使它們變硬。
給我泡泡，其余免談
根據酒類專家的說法，喝香檳最好是使用杯身較長的"笛形香檳杯"（champagne flute，其形狀有如郁金香或圓錐體，如右圖，容量多達180 cc左右），如下圖所示。這種狹長形的設計可以延伸并凸顯氣泡浮升至頂端的流暢性，而向內收斂的杯口則會匯聚氣泡所攜帶的香氣，并使它們迸裂時釋放出來的芳香得以集中。它狹窄的杯身則會延長飲品的冰涼，使它持續冒泡。
笛形香檳杯比所謂的"碟形香檳杯"（champagne coupe，過去相當流行的一種杯身短、開口如碟狀的玻璃杯，如下圖）更適合用來喝氣泡酒。傳說中，這種碟形杯是根據18世紀末法國瑪麗皇后（Marie Antoinette）那對出名的胸部塑造而成的。時至今日它雖然仍很流行，但是根據品酒專家的說法，這種碟形杯的設計從來都不是用來喝香檳的，所以也無法讓品嘗的人得以充份享受香檳的特質。由于碟形杯的杯身淺、杯緣寬，會比較站不穩、容易潑灑出來，也不能像笛形杯一樣，能夠長時間保持酒的冰涼。更何況，碟形杯也無法以最佳的方式呈現出一串串氣泡的優雅姿態。
要打開一瓶香檳，你應該讓瓶口以45度傾斜向上，不要讓軟木塞對準自己或任何人。手握軟木塞，并朝同一個方向輕輕旋轉瓶身。你應該讓軟木塞輕喟一聲跳出來，而不是砰一聲讓它彈射出去。砰一大聲只會徒然浪費泡沫；正如俗話所說的："爽了耳朵，虧了舌頭。"
氣泡在砰聲中遽逝
一個香檳氣泡幾乎在它從飲料表面探頭而出的那一瞬間，就開始迸裂了（見上圖連續圖）。第二張圖中，構成一個氣泡突出部份的液體薄膜剛剛破裂。在這個極為短暫的事件中，將近一公厘大小的氣泡，形狀仍然保持不變。空腔的迸裂會形成一股高速的液體噴束迸飛出表面（第三圖），由于它本身速度的關系，噴束并不穩定，還會形成表面張力波，把噴流裂解成許多小水滴。自你倒酒進去后，每秒鐘都會有數百個泡沫迸裂，所以液體表面會充斥著許多圓錐狀結構，只可惜它們持續的時間太短，所以肉眼看不到。
泡沫花叢：由于表面泡沫的迸裂非常迅速（少于100微秒），很少有照片能夠捕捉到這個過程。當鄰近的一個泡沫迸裂時，它所造成的吸力會使群聚在一起的泡沫變形，形成賞心悅目的花朵狀結構（見上圖）。中心沒有泡沫的區域，會把它近鄰的泡蓋（氣泡露出液面的部份）拉扯至新形成的空腔處。