泡泡为什么总是在一起？

你曾经观察过水池或咖啡杯里的泡沫吗？不管初始状态是什么，气泡在静置一段时间后往往会变成两种状态:要么聚在一起，要么粘在边缘。这是为什么？

事实上，许多漂浮在水面上的小型物体很容易聚集在一起。这种现象通常被称为“麦田圈效应”，因为浸泡在早餐牛奶中的麦田圈也会产生同样的效果。

一般来说，这种现象来源于弯曲的液体表面和在垂直方向上施加在漂浮的小物体上的力，具体来说，需要在两种情况下讨论。

当小物体浮在水面上时，有两种情况。第一种就像小气泡，浸没在水中，靠浮力上升。第二种就像小心翼翼地放在水面上的回形针和硬币。它们不会因为浮力而漂浮，而是被表面张力支撑着。在这两种情况下，小物体附近的液面都会弯曲。如下图所示，第一液位在物体附近上升，第二液位下降。

首先，让我们看看小泡沫的情况。由于浮力，小气泡总是倾向于去最高液位的地方，正是这一特性使得小气泡似乎互相吸引——因为其他小气泡附近的液位总是高于基线。

同样的原因也可以解释为什么泡沫会粘在咖啡杯的侧面。许多杯子是由玻璃或陶瓷制成的，这些材料的表面与水有很好的亲和力，所以在靠近边缘的位置，液面会高于其他地方(见下图)。因此，想要浮得尽可能高的小气泡也会聚集在这里。

另一方面，像回形针和硬币这样的小物体在表面张力下漂浮的情况正好相反。这些小物体会使当地的液位降低一点，在重力的作用下，它们会滑向液位最低的地方。因此，当两个表面上的硬币相遇时，它们也会彼此靠近:因为物体附近的液位较低，在一起可以帮助它们保持在最低的液位。

可以看出，在这两种情况下，小的漂浮物体倾向于聚集在一起，但是它们聚集的原因是不同的。然而，如果像小气泡这样的漂浮物体遇到像硬币这样在表面张力下漂浮的物体，它们不会聚集在一起，而是彼此远离(见下图)。

至于漂浮的小物体是否会粘在边缘上，还取决于靠近容器的液面的弯曲方向是否与小物体的弯曲方向一致。例如，亲水玻璃容器中的小气泡会粘在边缘，而硬币不会。如果容器用超疏水材料处理，情况将会相反。

虽然这是生活中常见的现象，原理并不复杂，但这种“纹圈现象”长期以来没有得到深入探讨。这篇文章中的解释都来自几年前发表的一篇论文，其中有非常详细的讨论和计算。如果你感兴趣，你可以在这里学到更多:https://arxiv.org/pdf/cond-mat/0411688.pdf