季蓓

在熱帶海洋的淺水區(qū)，生活著一群“神槍手”，它們的體長只有5厘米左右，但是當(dāng)它們“開槍”時(shí)，卻能瞬間擊斃體積是它們幾倍大的獵物，它們的“子彈”甚至還能打倒軍艦和火箭！到底是怎樣的武器有這么大的威力呢？

手槍蝦的“氣泡子彈”

“神槍手”其實(shí)是一種蝦類，昵稱叫做手槍蝦，它的“手槍”是一只長度達(dá)到身長的一半的巨螯，威力巨大的“子彈”正是從巨螯中發(fā)射的。研究發(fā)現(xiàn)，這只巨螯輕輕一合就能夠發(fā)出接近210分貝的聲響，比火箭發(fā)射時(shí)的聲音還大。聲波在水中激起一股高速水流，水流所過之處還會附贈一串直徑為毫米級的空氣泡泡，這些泡泡就是手槍蝦的“子彈”。氣泡破裂時(shí)會發(fā)出震耳欲聾的噼啪聲，還會產(chǎn)生跟太陽表面溫度一樣高的高溫，最終不是將獵物“震”死就是將它們烤熟。

為什么這么迷你的氣泡有這么大的威力，它們又是怎么形成的呢？其實(shí)，氣泡里的氣體并不是簡單的空氣，而是由液態(tài)水瞬間汽化而成的水蒸氣。氣泡破裂時(shí)，這些高溫的水蒸氣的能量會集中在一個(gè)非常小的點(diǎn)上釋放，因此，會產(chǎn)生極大的聲音和極高的溫度。但是奇怪的是，水分一般只在受熱時(shí)汽化，而手槍蝦并沒有把水加熱，氣泡中的水蒸氣是哪里來的呢？

手槍蝦

其實(shí)，除了溫度，壓力也會影響物質(zhì)的形態(tài)，比如生活中常見的液化氣，之所以叫液化氣就是因?yàn)槭蜌獗桓邏簤嚎s在罐子里，此時(shí)石油氣被壓成了液態(tài)，方便存儲和運(yùn)輸。等到使用時(shí)，打開閥門，氣壓急劇下降，液化氣就會變?yōu)闅鈶B(tài)，成為我們使用的燃?xì)饬恕Ｊ謽屛r“子彈”中的水蒸氣成因也與此相似，手槍蝦的巨螯迅速閉合的過程中，會噴出超過30米/秒的高速水流，在水流的沖擊下，周邊的壓力驟減，這種低壓就會使液態(tài)水變成水蒸氣，從而產(chǎn)生氣泡。而水流過后，這些氣泡又很容易被周圍高壓擠破，集中釋放水蒸氣，就產(chǎn)生足以擊敗對手的巨響和高溫了。小小的手槍蝦就靠著這種神奇的“槍法”戰(zhàn)勝了許多“龐然大物”。

小氣泡掀翻“大個(gè)子”

別看手槍蝦的“氣泡子彈”很迷你，它的威力可是很強(qiáng)大的，當(dāng)許多氣泡集中在一起的時(shí)候，甚至能讓驅(qū)逐艦停航。

1902年，英國海軍開始下水試航當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的驅(qū)逐艦——眼鏡蛇號，但是試航不久就發(fā)現(xiàn)艦艇的航速下降，航行噪聲增加，驅(qū)逐艦的性能大幅下降。在隨后的檢查中，工程師發(fā)現(xiàn)，原本光滑的螺旋槳表面已經(jīng)被大面積腐蝕，變得凹凸不平。工程師們不得其解，驅(qū)逐艦使用了極耐腐蝕的鋁合金，而且下水的時(shí)間也不長，怎么就出現(xiàn)了嚴(yán)重的腐蝕呢？

在許多工程師束手無策的情況下，最終海軍只好求助于著名的力學(xué)家洛德·瑞利。瑞利經(jīng)過長達(dá)10余年的研究才發(fā)現(xiàn)，螺旋槳表面被腐蝕不是海水的化學(xué)作用，而是物理機(jī)制，罪魁禍?zhǔn)渍穷愃剖謽屛r的“氣泡子彈”！當(dāng)然，腐蝕螺旋槳的“氣泡子彈”不是手槍蝦發(fā)射的，但兩者具有相同的成因。原來，螺旋槳快速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在海水中形成了壓力波，壓力波減小了周邊區(qū)域的壓力，海水中的溶解氣體析出，形成小氣泡。在壓力大的區(qū)域，這些氣泡被快速壓縮，從而形成一個(gè)射流束直接沖擊螺旋槳表面。這種射流束的速度極高，約為5千米/秒，如此高速而密集的射流束沖擊在金屬表面，產(chǎn)生了極大的壓強(qiáng)和沖力，最終就表現(xiàn)為螺旋槳表面被腐蝕了。

聲波治療癌細(xì)胞

空化現(xiàn)象產(chǎn)生的氣泡對船用螺旋槳的侵蝕

不僅是水里的巨輪，連陸地上的火箭也會受到“氣泡子彈”的影響。液體火箭是一種用液態(tài)化學(xué)物質(zhì)作為能源的火箭，在發(fā)射前，發(fā)動機(jī)泵會高速旋轉(zhuǎn)以吸取燃料，此時(shí)發(fā)動機(jī)泵入口處的壓力較其他地方要低，就容易產(chǎn)生“氣泡子彈”，腐蝕發(fā)動機(jī)泵。日本和美國等國的火箭，都曾因“氣泡子彈”腐蝕了發(fā)動機(jī)泵，最終發(fā)射失敗。

小氣泡的大用途

雖然，我們曾經(jīng)因“氣泡子彈”的破壞而遭受了很多的損失，但隨著對它了解的深入，我們也找到了一些對抗的方法，比如通過模型預(yù)測可能產(chǎn)生氣泡的位置，用強(qiáng)度更好的材料或串聯(lián)安裝多個(gè)閥門減小湍流的產(chǎn)生等。而且，現(xiàn)在我們也開始學(xué)會利用“氣泡子彈”了。

根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，在海水中航行受到的阻力比在空氣中受到的阻力大900倍，受此影響，水下航行的速度會大大減慢。而如果能用氣泡把整個(gè)水下航行物包裹起來，讓水下航行物就像在空氣中前進(jìn)一樣，就能大幅減少物體所受阻力，實(shí)現(xiàn)高速航行。俄羅斯科研人員研制的“暴風(fēng)”魚雷正是這樣一種“飛毛腿”。

“暴風(fēng)”魚雷先由火箭發(fā)射入海，將魚雷加速至超空泡速度。入海后，位于魚雷頭部的空泡發(fā)生器降壓產(chǎn)生小氣泡，緊靠空泡發(fā)生器后面的環(huán)狀通氣管向氣泡注入氣體，使小氣泡脹得更大，形成覆蓋魚雷大部分或全部表面的超空泡，這樣魚雷就相當(dāng)于在“空氣”中前進(jìn)了。在超空泡中運(yùn)行的魚雷速度可以提高到100米/秒，約為普通魚雷速度的4～5倍。

“氣泡子彈”還可以用于醫(yī)學(xué)?！皻馀葑訌棥奔热荒芷茐挠蓮?qiáng)度極大的金屬制造的螺旋槳和發(fā)動泵，那么也能破壞人體內(nèi)部的一些“壞東西”，比如肥胖人士的脂肪組織、堵塞血管的血栓和腔性器官中的各類結(jié)石等。超聲波是一種高頻、高能的聲波，當(dāng)它在血液中傳播時(shí)，所過之處會形成壓強(qiáng)的“兩極分化”，中心壓強(qiáng)高，兩端壓強(qiáng)低，低壓之處就會產(chǎn)生許多小氣泡?，F(xiàn)在醫(yī)院中可以用超聲波儀器在人體中制造大量小氣泡，從而去“轟炸”這些壞東西以達(dá)到治療目的。

超聲波產(chǎn)生的小氣泡不僅能作為“炸彈”，還能作為“快遞員”將藥物定點(diǎn)運(yùn)送到病灶處，比如將一些對人體細(xì)胞殺傷力大的抗癌藥物“打包”起來，直接遞送到腫瘤中心，減少對正常細(xì)胞的傷害。美國南加州大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)家周啟發(fā)及其團(tuán)隊(duì)首次試驗(yàn)了這個(gè)用法。

在用硅膠制成的人造血管中，超聲波造成的壓強(qiáng)驟降使原來溶于“血液”的氣體析出，成為小氣泡。人造血管中的化療藥物被氣泡包裹起來，研究人員運(yùn)用一把“聲鑷子”——聚焦超聲波來控制氣泡的運(yùn)動。而這些氣泡可以很好地反射超聲波，醫(yī)生可以跟蹤反射回來的超聲波，從而確定氣泡所在的位置。這樣，當(dāng)載有藥物的氣泡運(yùn)行到腫瘤處時(shí)，研究人員就可以提高超聲波的強(qiáng)度，將氣泡打破，在所需的部位定點(diǎn)釋放藥物。

研究人員表示，這個(gè)方法可謂是一石二鳥，不僅能控制藥物運(yùn)動，深入病灶給藥，在給藥的過程中還能監(jiān)控藥物的前進(jìn)路線，大大提高了藥物釋放的準(zhǔn)確性。而且腫瘤藥物只是試驗(yàn)藥物的一種，其他藥物也可以通過這種方法遞送，比如一些對抗耐藥菌的超強(qiáng)效抗生素，通過超聲波直接將抗生素引導(dǎo)至感染部位，避免傷害人體內(nèi)的其他有益細(xì)菌。

從“搗蛋鬼”到“小助手”，在人類的幫助下，“氣泡子彈”就這樣成功“轉(zhuǎn)型”了。