Физика вина

Андрей Ростов­цев, докт. физ.-мат. наук, заве­ду­ю­щий лабо­ра­то­ри­ей физи­ки эле­мен­тар­ных частиц ИТЭФ, не толь­ко физик, но еще и тон­кий цени­тель и зна­ток вин. Он зна­ко­мит чита­те­лей ТрВ-Нау­ка с науч­ны­ми аспек­та­ми каза­лось бы зна­ко­мо­го всем напит­ка.

Ричард Фей­н­ман во вре­мя одной из сво­их зна­ме­ни­тых лек­ций заме­тил: «Поэт ска­зал одна­жды: «Весь мир в бока­ле вина». Мы, веро­ятно, нико­гда не пой­мем, какой смысл он в это вкла­ды­вал, ибо поэты пишут не для того, что­бы быть поня­тыми. Но бес­спор­но, что, вни­ма­тель­но взгля­нув в бокал вина, мы поис­ти­не откро­ем целую все­лен­ную». Эти сло­ва ста­ли про­ро­че­ски­ми.

Дей­стви­тель­но, бокал вина вдох­нов­ля­ет не толь­ко поэтов и фило­со­фов, но и физи­ков. Во мно­гих лабо­ра­то­ри­ях мира вино заку­па­ет­ся в каче­стве рас­ход­но­го мате­ри­а­ла для поста­нов­ки важ­ных физи­че­ских экс­пе­ри­мен­тов.

Взять хотя бы для нача­ла такое извест­ное явле­ние, как «вин­ные нож­ки». Если бокал с вином повра­щать, то на стен­ках воз­ни­ка­ют сле­ды вина в виде под­те­ков. Фран­цу­зы назы­ва­ют их «вин­ные нож­ки». Англи­чане — «вин­ные слез­ки», а нем­цы — «цер­ков­ные окна». Утвер­жде­ние, что чем доль­ше дер­жат­ся на стен­ках бока­ла нож­ки, тем вино луч­ше­го каче­ства, явля­ет­ся мифом. На деле, на стен­ках бока­ла тон­кая плен­ка вина пре­вра­ща­ет­ся в посто­ян­но рабо­та­ю­щий хими­че­ский насос. Обо­га­щен­ная эта­но­лом жид­кость зага­доч­ным обра­зом под­ни­ма­ет­ся вверх по стен­ке бока­ла, теряя по пути спирт за счет испа­ре­ния, и тон­ки­ми струй­ка­ми воды спус­ка­ет­ся вниз. Рабо­та тако­го насо­са про­дол­жа­ет­ся до тех пор, пока в вине содер­жа­ние спир­та не опу­стит­ся ниже неко­е­го поро­го­во­го зна­че­ния.

Начи­ная с XIX века объ­яс­не­ние это­го кра­си­во­го явле­ния тра­ди­ци­он­но свя­зы­ва­ют с раз­ни­цей поверх­ност­но­го натя­же­ния воды и спир­та или эффек­том, назван­ным в честь опи­сав­ше­го его ита­льян­ско­го физи­ка Кар­ло Маран­го­ни (Carlo Marangoni). Лишь совсем недав­но физи­ки обна­ру­жи­ли, что в дина­ми­ке «вин­ных ножек» эффект Маран­го­ни игра­ет хотя и замет­ную, но дале­ко не опре­де­ля­ю­щую роль. Так, про­фес­сор Рафа­эль Тэд­мор (Rafael Tadmor) в уни­вер­си­те­те Ламар (США), раз­ра­бо­тал дина­ми­че­скую модель «вин­ных ножек», осно­ван­ную на сма­чи­ва­е­мо­сти поверх­но­сти бока­ла [1]. Над реше­ни­ем этой же про­бле­мы бьют­ся целые науч­ные кол­лек­ти­вы в Париж­ском уни­вер­си­те­те и Мас­са­чу­сет­ском тех­но­ло­ги­че­ском инсти­ту­те (США). Несмот­ря на их геро­и­че­ские уси­лия, в опи­са­нии явле­ния «вин­ных ножек» еще име­ет­ся мно­го белых пятен.

Во Фран­цуз­ском уни­вер­си­те­те г. Реймс (Шам­пань) вот уже несколь­ко лет под­ряд над раз­гад­кой сек­ре­тов обра­зо­ва­ния и раз­ви­тия пузырь­ков газа в бока­ле шам­пан­ско­го рабо­та­ют про­фес­сор Жерар Лижер-Бел­эр (Gerard Liger-Belair) и его кол­ле­ги [2]. Заме­че­но, что игра в бока­ле шам­пан­ско­го тон­кая и спо­кой­ная. Мель­чай­шие пузырь­ки угле­кис­ло­го газа тон­ки­ми ниточ­ка­ми под­ни­ма­ют­ся один за дру­гим к поверх­но­сти. И наобо­рот, напри­мер в бока­ле «Совет­ско­го «Шам­пан­ско­го»» игра бур­ная, круп­но­го раз­ме­ра пузырь­ки под­ни­ма­ют­ся хао­тич­но, рас­тал­ки­вая друг дру­га.

Тра­ди­ци­он­но в рам­ках рос­сий­ской науч­ной шко­лы объ­яс­не­ние это­му явле­нию сво­ди­лось к тому, что в насто­я­щих шам­пан­ских винах, выдер­жан­ных дол­гое вре­мя на осад­ке, угле­кис­лый газ по боль­шей части нахо­дит­ся в раз­лич­ных хими­че­ски свя­зан­ных состо­я­ни­ях, и поэто­му рост пузырь­ков газа в бока­ле шам­пан­ско­го про­ис­хо­дит очень мед­лен­но. В игри­стых винах, изго­тов­лен­ных по уско­рен­ной тех­но­ло­гии, такие свя­зан­ные состо­я­ния угле­кис­ло­го газа не успе­ва­ют обра­зо­вать­ся, и пузырь­ки газа быст­ро нагу­ли­ва­ют боль­шой раз­мер за счет диф­фу­зии рас­тво­рен­но­го в пере­сы­щен­ном рас­тво­ре газа. Логич­но. Но при бли­жай­шем рас­смот­ре­нии ока­за­лось, что такая модель не рабо­та­ет.

Какие про­цес­сы опре­де­ля­ют игру в бока­ле шам­пан­ско­го до сих пор, по боль­шо­му сче­ту, оста­ет­ся загад­кой. Воз­мож­но, доми­ни­ру­ю­щую роль в этих явле­ни­ях игра­ют моно­мо­ле­ку­ляр­ные слои, подоб­ные тем, кото­рые обра­зу­ют­ся на поверх­но­сти мыль­ных пузы­рей. Иссле­до­ва­ния с уча­сти­ем доро­гих шам­пан­ских вин в г. Реймс про­дол­жа­ют­ся.

Рис. В. Александрова
Рис. В. Алек­сан­дро­ва

Раз уж раз­го­вор зашел об игри­стых винах, то умест­но вспом­нить опыт, когда-то опи­сан­ный в жур­на­ле «Квант». Хру­сталь­ный бокал обла­да­ет резо­нанс­ны­ми часто­та­ми в аку­сти­че­ском диа­па­зоне в обла­сти несколь­ких кило­герц. Если в бокал налить про­стое тихое вино, то тон бока­ла ста­нет немно­го ниже, но всё рав­но он будет звон­ким, музы­каль­ным, виб­ри­ру­ю­щим дли­тель­ное вре­мя на сво­их резо­нанс­ных часто­тах. Но толь­ко сто­ит этот же бокал напол­нить игри­стым вином, как вся мело­дич­ность в миг исче­за­ет и звук бока­ла ста­но­вит­ся глу­хим и корот­ким.

Физик Андрей Вар­ла­мов, рабо­та­ю­щий в уни­вер­си­те­те «Тор Вер­га­та» в Риме, пред­по­ло­жил, что резо­нанс­ные зву­ко­вые часто­ты бока­ла, напол­нен­но­го игри­стым вином, эффек­тив­но погло­ща­ют­ся сами­ми пузырь­ка­ми газа. Логич­но. Но эта модель натал­ки­ва­ет­ся на мно­же­ство труд­но­стей. Напри­мер, в раз­ных игри­стых винах игра пузырь­ков газа про­хо­дит по-раз­но­му, от бур­ной до почти пол­но­го отсут­ствия пузырь­ков в иде­аль­но чистом бока­ле. Одна­ко эти раз­ли­чия никак не ска­зы­ва­ют­ся на вели­чине наблю­да­е­мо­го явле­ния, истин­ная при­чи­на кото­ро­го до сих пор не ясна [3].

В лабо­ра­то­рии гид­ро­ди­на­ми­ки Феде­раль­ной поли­тех­ни­че­ской шко­лы в г. Лозан­на (Швей­ца­рия) иссле­ду­ют гид­ро­ди­на­ми­че­ские моде­ли вра­ще­ния вина в бока­ле. Англи­чане гово­рят, что­бы овла­деть искус­ством дегу­ста­ции вин необ­хо­ди­мо пом­нить пра­ви­ло пяти «S»: See, Swirl, Smell, Sip, Savor. На этот раз швей­цар­ские уче­ные углу­би­лись в иссле­до­ва­ние вто­ро­го «S». Ока­за­лось, что при вра­ще­нии вина в бока­ле обра­зу­ют­ся вол­ны раз­лич­ных видов. Самая про­стая из них — оди­ноч­ная, состо­я­щая из греб­ня вол­ны, и из, как моря­ки гово­рят, подош­вы вол­ны (т.е. самой низ­кой части про­фи­ля вол­ны меж­ду дву­мя после­до­ва­тель­ны­ми греб­ня­ми).

Изме­няя внеш­ние усло­вия экс­пе­ри­мен­та, мож­но добить­ся появ­ле­ния двой­но­го греб­ня вол­ны вина в бока­ле, затем трой­но­го и даже квад­ру­поль­но­го. Выяс­ни­лось, что тип, воз­ни­ка­ю­щей при вра­ще­нии бока­ла с вином вол­ны зави­сит толь­ко от трех без­раз­мер­ных пара­мет­ров. Эти иссле­до­ва­ния гид­ро­ди­на­ми­ки волн, воз­ни­ка­ю­щих в бока­ле вина, помо­га­ют понять про­цес­сы, про­хо­дя­щие в орби­таль­ных био­ре­ак­то­рах-шей­ке­рах [4].

Неза­бы­ва­е­мый Юрий Виз­бор в 70-е годы пел: «Задра­е­ны верх­ние люки, Штур­ва­ла бле­стит коле­со. Ввиду дол­го­сроч­ной раз­лу­ки. Всем выдан «Абрау-Дюр­со»…». В СССР сухой тихий каберне «Абрау» на атом­ных под­вод­ных лод­ках вхо­дил в еже­днев­ный раци­он. Ради­а­ция акти­ви­зи­ру­ет окис­ли­тель­ные про­цес­сы в орга­низ­ме чело­ве­ка. Частич­но бло­ки­ро­вать вре­до­нос­ное дей­ствие ионов кис­ло­ро­да и азо­та в клет­ках тела спо­соб­ны анти­ок­си­дан­ты. Речь идет о при­род­ном танине ресве­ра­тро­ле, кото­рый в боль­ших коли­че­ствах при­сут­ству­ет в кожи­це вин­ных ягод, и экс­тра­ги­ру­ет­ся при изго­тов­ле­нии крас­ных вин. В одной бутыл­ке крас­но­го вина содер­жит­ся до 4 мг ресве­ра­тро­ла. Осо­бен­но его мно­го в высо­ко­та­нин­ных винах таких, как каберне.

В Питс­бург­ском уни­вер­си­те­те в экс­пе­ри­мен­тах с мыша­ми обна­ру­жи­ли, что вве­де­ние лекар­ствен­но­го пре­па­ра­та на осно­ве ресве­ра­тро­ла из рас­че­та не менее 10 мг на кило­грамм живой мас­сы, мыши начи­на­ют про­яв­лять стой­кость послед­стви­ям облу­че­ния. Кста­ти, начи­ная с про­шло­го года, после дли­тель­но­го пере­ры­ва вино­хо­зяй­ство Абрау-Дюр­со воз­об­но­ви­ло про­из­вод­ство тихо­го сухо­го каберне.

Но, наи­бо­лее комич­ный и одно­вре­мен­но зага­доч­ный слу­чай про­изо­шел не так дав­но в Наци­о­наль­ном инсти­ту­те изу­че­ния мате­ри­а­лов в Япо­нии. Там изу­ча­ли новые высо­ко­тем­пе­ра­тур­ные сверх­про­вод­ни­ки на осно­ве желе­за. Каза­лось, что таки­ми пер­спек­тив­ны­ми соеди­не­ни­я­ми мог­ли бы стать халь­ко­ге­ни­ды, напри­мер соеди­не­ние желе­за с тел­лу­ром FeTe. Но при пони­же­нии тем­пе­ра­ту­ры это веще­ство пре­вра­ща­ет­ся в анти­фер­ро­маг­не­тик и не остав­ля­ет ни малей­ше­го шан­са на сверх­про­во­ди­мость. Раз­ру­шить внут­ри­кри­стал­ли­че­скую маг­нит­ную упо­ря­до­чен­ность мож­но внед­ре­ни­ем каких-нибудь дефек­тов, напри­мер ино­род­ных ато­мов серы. Но и это­го ока­за­лось недо­ста­точ­но.

Одна­жды, три япон­ских сту­ден­та зачем-то задер­жа­лись вече­ром в лабо­ра­то­рии и забы­ли опыт­ный обра­зец FeTe/​S на сто­ле. На сле­ду­ю­щее утро этот обра­зец пока­зал себя вели­ко­леп­ным сверх­про­вод­ни­ком. Отча­яв­шись най­ти разум­ное объ­яс­не­ние это­му явле­нию, япон­ские уче­ные реши­ли в точ­но­сти повто­рить «лабо­ра­тор­ные усло­вия» про­шед­шей ночи. В первую оче­редь они заку­пи­ли в бли­жай­шем супер­мар­ке­те саке, вис­ки, вино и пиво, и по оче­ре­ди ста­ли погру­жать халь­ко­ге­ни­ды в эти напит­ки. Ока­за­лось, что образ­цы при­об­ре­та­ли свой­ства сверх­про­вод­ни­ков в счи­тан­ные часы, но самой эффек­тив­ной в этом плане жид­ко­стью ока­за­лось недо­ро­гое крас­ное вино с фран­цуз­ским назва­ни­ем Bon Marche [5].

Любо­пыт­но и то, что про­сто раз­ве­ден­ный водой эта­нол не дал нуж­но­го эффек­та — для сверх­про­во­ди­мо­сти тре­бо­ва­лось имен­но вино. С тех пор для иссле­до­ва­ний в обла­сти высо­ко­тем­пе­ра­тур­ной сверх­про­во­ди­мо­сти на день­ги выде­лен­но­го гран­та регу­ляр­но заку­па­ет­ся вино, и уже от опы­тов с деше­вы­ми напит­ка­ми сотруд­ни­ки япон­ской лабо­ра­то­рии пере­шли к винам доро­гим и более каче­ствен­ным.

Прав был Ричард Фей­н­ман: вни­ма­тель­но загля­нув в бокал вина, мы поис­ти­не откро­ем целую все­лен­ную. Науч­ные иссле­до­ва­ния в этом направ­ле­нии про­дол­жа­ют­ся. Ждем новых откры­тий.

1. http://dept.lamar.edu/chemicalengineering/www/Tadmor/papers/Marangoni%20effect/Marangoni%20flow%20revisited-%2009.pdf

2. http://phys.org/news/2012–09-champagne-physicist-reveals-secrets.html

3. http://polit.ru/article/2012/11/15/anons_varlamov

4. http://xxx.lanl.gov/pdf/1110.3369.pdf

5. http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1008/1008.0666.pdf

Если вы нашли ошиб­ку, пожа­луй­ста, выде­ли­те фраг­мент тек­ста и нажми­те Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
1 Цепочка комментария
0 Ответы по цепочке
0 Подписки
 
Популярнейший комментарий
Цепочка актуального комментария
1 Авторы комментариев
Сергей Белков Авторы недавних комментариев
  Подписаться  
Уведомление о
Сергей Белков
Сергей Белков

Полу­ча­ет­ся, что целеб­ные свой­ства ресве­ра­тро­ла настоль­ко силь­ны, что для спа­се­ния от послед­ствий ради­а­ции мыши мас­сой не более 400 гр. нуж­но как мини­мум 1 бутыл­ка вина?

С уче­том реаль­ных содер­жа­ний и реаль­ных дози­ро­вок пона­до­бит­ся при­мер­но 5 буты­лок на одну мышь. На чело­ве­ка даже боюсь при­мер­но счи­тать…

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: