掀翻軍艦和火箭的“氣泡子彈”

季蓓

在熱帶海洋的淺水區，生活著一群“神槍手”，它們的體長只有5厘米左右，但是當它們“開槍”時，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”其實是一種蝦類，昵稱叫做手槍蝦，它的“手槍”是一只長度達到身長的一半的巨螯，威力巨大的“子彈”正是從巨螯中發射的。研究發現，這只巨螯輕輕一合就能夠發出接近210分貝的聲響，比火箭發射時的聲音還大。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”。氣泡破裂時會發出震耳欲聾的噼啪聲，還會產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，氣泡里的氣體并不是簡單的空氣，而是由液態水瞬間汽化而成的水蒸氣。氣泡破裂時，這些高溫的水蒸氣的能量會集中在一個非常小的點上釋放，因此，會產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，除了溫度，壓力也會影響物質的形態，比如生活中常見的液化氣，之所以叫液化氣就是因為石油氣被高壓壓縮在罐子里，此時石油氣被壓成了液態，方便存儲和運輸。等到使用時，打開閥門，氣壓急劇下降，液化氣就會變為氣態，成為我們使用的燃氣了。手槍蝦“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水變成水蒸氣，從而產生氣泡。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”戰勝了許多“龐然大物”。

小氣泡掀翻“大個子”

別看手槍蝦的“氣泡子彈”很迷你，它的威力可是很強大的，當許多氣泡集中在一起的時候，甚至能讓驅逐艦停航。

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

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家洛德·瑞利。瑞利經過長達10余年的研究才發現，螺旋槳表面被腐蝕不是海水的化學作用，而是物理機制，罪魁禍首正是類似手槍蝦的“氣泡子彈”！當然，腐蝕螺旋槳的“氣泡子彈”不是手槍蝦發射的，但兩者具有相同的成因。原來，螺旋槳快速旋轉時，在海水中形成了壓力波，壓力波減小了周邊區域的壓力，海水中的溶解氣體析出，形成小氣泡。在壓力大的區域，這些氣泡被快速壓縮，從而形成一個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，產生了極大的壓強和沖力，最終就表現為螺旋槳表面被腐蝕了。

聲波治療癌細胞

空化現象產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化學物質作為能源的火箭，在發射前，發動機泵會高速旋轉以吸取燃料，此時發動機泵入口處的壓力較其他地方要低，就容易產生“氣泡子彈”，腐蝕發動機泵。日本和美國等國的火箭，都曾因“氣泡子彈”腐蝕了發動機泵，最終發射失敗。

小氣泡的大用途

雖然，我們曾經因“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，比如通過模型預測可能產生氣泡的位置，用強度更好的材料或串聯安裝多個閥門減小湍流的產生等。而且，現在我們也開始學會利用“氣泡子彈”了。

根據研究發現，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水下航行物包裹起來，讓水下航行物就像在空氣中前進一樣，就能大幅減少物體所受阻力，實現高速航行。俄羅斯科研人員研制的“暴風”魚雷正是這樣一種“飛毛腿”。

“暴風”魚雷先由火箭發射入海，將魚雷加速至超空泡速度。入海后，位于魚雷頭部的空泡發生器降壓產生小氣泡，緊靠空泡發生器后面的環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，這樣魚雷就相當于在“空氣”中前進了。在超空泡中運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”還可以用于醫學。“氣泡子彈”既然能破壞由強度極大的金屬制造的螺旋槳和發動泵，那么也能破壞人體內部的一些“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石等。超聲波是一種高頻、高能的聲波，當它在血液中傳播時，所過之處會形成壓強的“兩極分化”，中心壓強高，兩端壓強低，低壓之處就會產生許多小氣泡。現在醫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”這些壞東西以達到治療目的。

超聲波產生的小氣泡不僅能作為“炸彈”，還能作為“快遞員”將藥物定點運送到病灶處，比如將一些對人體細胞殺傷力大的抗癌藥物“打包”起來，直接遞送到腫瘤中心，減少對正常細胞的傷害。美國南加州大學的生物醫學家周啟發及其團隊首次試驗了這個用法。

在用硅膠制成的人造血管中，超聲波造成的壓強驟降使原來溶于“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，研究人員運用一把“聲鑷子”——聚焦超聲波來控制氣泡的運動。而這些氣泡可以很好地反射超聲波，醫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，當載有藥物的氣泡運行到腫瘤處時，研究人員就可以提高超聲波的強度，將氣泡打破，在所需的部位定點釋放藥物。

研究人員表示，這個方法可謂是一石二鳥，不僅能控制藥物運動，深入病灶給藥，在給藥的過程中還能監控藥物的前進路線，大大提高了藥物釋放的準確性。而且腫瘤藥物只是試驗藥物的一種，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效抗生素，通過超聲波直接將抗生素引導至感染部位，避免傷害人體內的其他有益細菌。

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