Den fascinerende videnskab om bobler fra sæbe til champagne

I denne festlige fremlæggelse og demonstration, deler videnskabsmanden Li Wei Tan sine hemmeligheder om bobler - fra deres ubønhørlige forsøg på at opnå optimal geometri til deres anvendelse i medicin og transport over havet, hvor skibenes effektivitet øges ved at efterligne svømmende pingviner der trækker spor af bobler efter sig. Lær mere om disse matematiske eventyr og dyk ind i den skjulte magi fra verdens daglige job.

For nogle år siden besøgte jeg Paris

og på en smuk solrig eftermiddag
mens jeg gik langs floden Seinen

så jeg nogle kæmpebobler,
der flød på flodbredden.

ligesom denne.

I næste øjeblik bristede de,
og var forsvundet.

Det var to gade-kunstnere omringet af
en gruppe mennesker der lavede dem.

De levede øjensynligt af
at spørge om donationer

og at sælge pinde-par bundet sammen med
to stykker snor.

Mens jeg var der, kom der en mand,
der købte et pindepar for 10 Euro,

hvilket overraskede mig.

Jeg er en forsker med passion
for bobler.

Jeg ved at hemmeligheden
bag kæmpebobler

er den korrekte blanding af sæbevand

ikke pindene,

som kan være nødvendige,

men vi nemt kan lave derhjemme.

Fokus på pindene gør, at vi ikke ser, at
det egentlige redskab, er boblen selv.

Bobler opfattes normalt som
noget børn leger med.

men sommetider kan bobler være
virkelig betagende.

Men, der er en meget
fascinerende videnskab omkring bobler.

såsom problem-løsnings værktøjer.

Så jeg vil gerne dele

et par historier om
videnskaben bag bobler

og videnskaben bag
eliminering af de mikroskopiske.

Da det allerede er på skærmen,
så lad os starte med sæbebobler.

De er lavet af
meget almindelige ingredienser:

luft, vand, sæbe,
i den korrekte sammensætning.

Du kan se, at sæbebobler konstant
skifter farve.

Det er på grund af deres interaktion
med lys fra forskellige retninger

og ændringer af deres tykkelse.

En af de almindelige ingredienser:
vandmolekylet,

er formet af to atomer af hydrogen
og et atom af oxygen... H2O

På de fleste overflader har
vanddråber tendens til at bøje indad

og dermed forme en halvkugle.

Det er fordi vanddråbernes
overflade er elastiske.

Vandmolekylerne på overfladen bliver
konstant trukket indad

af molekylet i centrum.

og kvaliteten af elasticiteten er det,
vi kalder overfladespænding.

Ved at tilsætte sæbe,

reducerer sæbemolekylet
overfladespændingen af vanddråberne

hvilket gør det mere elastisk
og lettere at forme til bobler.

Du kan tænke på bobler
som en matematisk problemløser.

Du ser at boblen ubønhørligt prøver
at opnå perfekt geometrisk form.

F.eks. er en kugle den form,
der har mindst overflade areal

for en given volumen.

Det er derfor at en enkelt boble
altid er kugleformet.

Lad mig vise dig. Prøv det.

Dette er en enkelt boble.

Når to bobler rører hinanden,

kan de spare overflade-materiale
ved at dele en væg imellem sig.

Når flere og flere
bobler bliver lagt sammen,

ændres deres geometriske form.

Når fire bobler bliver lagt sammen

mødes de i et punkt ved centrum.

Når seks bobler bliver lagt sammen,

opstår der en magisk terning i centrum.

(Klapsalve)

Det er overfladespændingens arbejde,

at prøve at finde
den mest effektive geometriske form.

Lad mig give dig et andet eksempel.

Dette er en meget simpel test

Den er lavet af to plader af plastik

med fire pinde mellem de to plader.

Forestil dig de fire pinde repræsenterer
fire byer, som er lige langt fra hinanden,

og tænk at vi vil lave veje til
at forbinde de fire byer med hinanden.

Mit spørgsmål er: Hvad er den
korteste vej mellem de fire byer?

Lad os finde ud af svaret
ved at dyppe vores test ned i sæbevandet.

Husk, at sæbebobler altid vil prøve
at danne former, der minimere

deres overflade areal

med en optimal geometrisk form.

Løsningen er måske ikke helt den
du forventede.

Den korteste længde til
at forbinde disse fire byer

er 2,73 gange afstanden mellem de to byer.

(Klapsalve)

Nu ved du hvad det går ud på.

Sæbebobler vil altid prøve at minimere overfladearealet i den dannede form

ved at optimere det
geometrisk arrangement.

Lad os nu se på bobler
i et andet perspektiv.

Min datter, Zoe, elsker at besøge Zoo.

Hendes favorit sted er pingvinernes bugt
ved Marwell Zoo i Sydengland,

hvor hun kan se pingviner svømme
med høj hastighed under vandet.

En dag bemærkede hun
at pingvinernes krop

efterlader en række af bobler,
når de svømmer

og hun spurgte hvorfor.

Dyr og fugle som pingviner

der bruger en stor del af deres tid
under vand

har udviklet en genial måde at
udnytte boblers egenskaber

til at reducere massefylden af vand.

Konge pingviner menes at kunne dykke
nogle hundrede meter

under havoverfladen.

De oplagrer luft under deres fjer

inden de dykker,

og så gradvist frigøre det
i en sky af bobler.

Dette reducerer massefylden af vand
omkring dem

hvilket gør det nemmere at svømme
gennem vandet,

og gør det muligt at øge
hastigheden med mindst 40%.

Dette fænomen er blevet bemærket
af fremstillerne af skibe.

Jeg taler her om de store skibe.

de skibe, der transporterer
tusindvis af containere over havene.

For nyligt udviklede de et system kaldet:
"luft flyde system."

inspireret af pingviner.

I det system, produceres
en masse luftbobler

som fordeles på tværs af hele skibet.

Som et lufttæppe reducerer
dette vandets modstand

når skibet bevæger sig.

Dette fænomen nedsætter
energi-forbruget for skibet

med op til 15%.

Bobler kan også benyttes til medicin.

Det kan spille en
vigtig rolle i medicin.

f.eks. som sikker transport
af medicin og gener

til en specifik del af kroppen.

Forestil dig mikro-bobler

fyldt med en blanding
af medicin og magnetiske stoffer

bliver sprøjtet ind i vores blodårer.

Boblerne vil bevæge sig
til destinationen.

Men, hvordan ved de hvor de skal hen?

Fordi vi har placeret en magnet der.

for eksempel denne del af min hånd.

Når mikro-boblerne bevæger sig
til denne del af min hånd

kan vi sprænge den med ultralyd

og frigøre lægemidlet præcis der,
hvor det skal bruges.

Nu har jeg forklaret lidt om emnet
at lave bobler.

Men sommetider er vi også nødt til
at fjerne bobler.

Det er faktisk en del
af mit arbejde.

Min eksakte erhvervstitel er:
"blæk formel forsker"

Men det er ikke den type blæk,
du benytter til din skriveredskaber.

Jeg arbejder med nogle
meget seje anvendelser

såsom brug til solceller -
Organiske PhotoVoltaik (OPVs)

og brug til dioder -
Organiske Lys-Emitterende Dioder (OLEDs)

Mit job er at finde ud af hvordan og
hvorfor boblerne skal fjernes

fra den blæk som mit firma producerer.

Gennem formel-blandings processen

eller den forberedende process,

blander vi aktive stoffer,
opløsningsmidler og tilsætningsstoffer

for at opnå en formel med
de egenskaber, som vi ønsker

ved brug af blækket.

Men ligesom når
du laver drinks

eller bager kager,

er det uundgåeligt at
bobler fanges i blækket.

Det er dog noget ganske andet

end de bobler jeg så i Paris.

De bobler som fanges i blækket

varierer mellem nogle få millimeter

og nogle få mikrometer

eller endda nogle få nanometer
i størrelse.

Og det der bekymrer os

er den ilt og fugt der er fanget indeni.

At fjerne dem i denne skala er ikke nemt.

Men det betyder noget

f.eks. for organisk
lys-emitterende diode blæk

som vi bruger f.eks. til
skærmen på din mobiltelefon.

Det er hensigten,
at den skal holde i mange år,

men hvis den blæk, som vi benytter,
har absorberet ilt og fugt,

og det ikke er blevet fjernet,

vil vi hurtigt se mørke pletter i
flere af billedets pixel.

En af de udfordringer vi har
ved at fjerne mikro-bobler,

er at de ikke er
særligt samarbejdsvillige.

De vil gerne blive der

og bade i blæk uden at flytte sig meget.

Men hvordan sparker vi dem ud?

En teknologi vi bruger

er at tvinge blækken gennem
et tyndt, langt og lille rør

med en porøs væg.

Rørene placeres
i et lufttomt rum,

således at boblerne
presses ud af blækken

og dermed fjernes.

Når vi har fjernet boblerne fra
den blæk vi producerer,

er det tid til en fest.

Lad os åbne en flaske boblende champagne.

Åh, det bliver sjovt!

(Latter)

Wauw!

(Klapsalver)

Du kan se en masse bobler,
som skynder sig ud af champagne flasken.

Det er bobler fyldt med kuldioxid,

en gas som bliver produceret
ved fermenterings processen af vinen.

Lad mig hælde noget op.

Det vil jeg ikke gå glip af.

Jeg tænker, det er nok.

(Latter)

Her, kan jeg se en masse mikro-bobler,

der bevæger sig fra bunden af glasset
til toppen af champagnen.

Lige inden boblerne brister,

giver de fart til små dråber
af smags molekyler,

som gør smagen af champagnen
mere intens,

hvilket gør, at vi nyder smagen
af champagnen meget mere.

Som forsker med passion for bobler

elsker jeg at iagttage dem,

jeg elsker at lege med dem,

og jeg elsker at studere dem,

og jeg elsker også at drikke dem.

Tak.

(klapsalve)