能掀翻军舰和火箭的“气泡子弹”?

在热带海洋的浅水区，生活着一群“神枪手”，它们的体长只有5厘米左右，但是当它们“开枪”时，却能瞬间击毙体积是它们几倍大的猎物，它们的“子弹”甚至还能打倒军舰和火箭！到底是怎样的武器有这么大的威力呢？

手枪虾的“气泡子弹”

“神枪手”其实是一种虾类，昵称叫做手枪虾，它的“手枪”是一只长度达到身长的一半的巨螯，威力巨大的“子弹”正是从巨螯中发射的。研究发现，这只巨螯轻轻一合就能够发出接近210分贝的声响，比火箭发射时的声音还大。声波在水中激起一股高速水流，水流所过之处还会附赠一串直径为毫米级的空气泡泡，这些泡泡就是手枪虾的“子弹”。气泡破裂时会发出震耳欲聋的噼啪声，还会产生跟太阳表面温度一样高的高温，最终不是将猎物“震”死就是将它们烤熟。

为什么这么迷你的气泡有这么大的威力，它们又是怎么形成的呢？其实，气泡里的气体并不是简单的空气，而是由液态水瞬间汽化而成的水蒸气。气泡破裂时，这些高温的水蒸气的能量会集中在一个非常小的点上释放，因此，会产生极大的声音和极高的温度。但是奇怪的是，水分一般只在受热时汽化，而手枪虾并没有把水加热，气泡中的水蒸气是哪里来的呢？

其实，除了温度，压力也会影响物质的形态，比如生活中常见的液化气，之所以叫液化气就是因为石油气被高压压缩在罐子里，此时石油气被压成了液态，方便存储和运输。等到使用时，打开阀门，气压急剧下降，液化气就会变为气态，成为我们使用的燃气了。手枪虾“子弹”中的水蒸气成因也与此相似，手枪虾的巨螯迅速闭合的过程中，会喷出超过30米/秒的高速水流，在水流的冲击下，周边的压力骤减，这种低压就会使液态水变成水蒸气，从而产生气泡。而水流过后，这些气泡又很容易被周围高压挤破，集中释放水蒸气，就产生足以击败对手的巨响和高温了。小小的手枪虾就靠着这种神奇的“枪法”战胜了许多“庞然大物”。

小气泡掀翻“大个子”

别看手枪虾的“气泡子弹”很迷你，它的威力可是很强大的，当许多气泡集中在一起的时候，甚至能让驱逐舰停航。

1902年，英国海军开始下水试航当时最先进的驱逐舰——眼镜蛇号，但是试航不久就发现舰艇的航速下降，航行噪声增加，驱逐舰的性能大幅下降。在随后的检查中，工程师发现，原本光滑的螺旋桨表面已经被大面积腐蚀，变得凹凸不平。工程师们不得其解，驱逐舰使用了极耐腐蚀的铝合金，而且下水的时间也不长，怎么就出现了严重的腐蚀呢？

在许多工程师束手无策的情况下，最终海军只好求助于著名的力学家洛德·瑞利。瑞利经过长达10余年的研究才发现，螺旋桨表面被腐蚀不是海水的化学作用，而是物理机制，罪魁祸首正是类似手枪虾的“气泡子弹”！当然，腐蚀螺旋桨的“气泡子弹”不是手枪虾发射的，但两者具有相同的成因。原来，螺旋桨快速旋转时，在海水中形成了压力波，压力波减小了周边区域的压力，海水中的溶解气体析出，形成小气泡。在压力大的区域，这些气泡被快速压缩，从而形成一个射流束直接冲击螺旋桨表面。这种射流束的速度极高，约为5千米/秒，如此高速而密集的射流束冲击在金属表面，产生了极大的压强和冲力，最终就表现为螺旋桨表面被腐蚀了。

不仅是水里的巨轮，连陆地上的火箭也会受到“气泡子弹”的影响。液体火箭是一种用液态化学物质作为能源的火箭，在发射前，发动机泵会高速旋转以吸取燃料，此时发动机泵入口处的压力较其他地方要低，就容易产生“气泡子弹”，腐蚀发动机泵。日本和美国等国的火箭，都曾因“气泡子弹”腐蚀了发动机泵，最终发射失败。

小气泡的大用途

虽然，我们曾经因“气泡子弹”的破坏而遭受了很多的损失，但随着对它了解的深入，我们也找到了一些对抗的方法，比如通过模型预测可能产生气泡的位置，用强度更好的材料或串联安装多个阀门减小湍流的产生等。而且，现在我们也开始学会利用“气泡子弹”了。

根据研究发现，在海水中航行受到的阻力比在空气中受到的阻力大900倍，受此影响，水下航行的速度会大大减慢。而如果能用气泡把整个水下航行物包裹起来，让水下航行物就像在空气中前进一样，就能大幅减少物体所受阻力，实现高速航行。俄罗斯科研人员研制的“暴风”鱼雷正是这样一种“飞毛腿”。

“暴风”鱼雷先由火箭发射入海，将鱼雷加速至超空泡速度。入海后，位于鱼雷头部的空泡发生器降压产生小气泡，紧靠空泡发生器后面的环状通气管向气泡注入气体，使小气泡胀得更大，形成覆盖鱼雷大部分或全部表面的超空泡，这样鱼雷就相当于在“空气”中前进了。在超空泡中运行的鱼雷速度可以提高到100米/秒，约为普通鱼雷速度的4～5倍。

“气泡子弹”还可以用于医学。“气泡子弹”既然能破坏由强度极大的金属制造的螺旋桨和发动泵，那么也能破坏人体内部的一些“坏东西”，比如肥胖人士的脂肪组织、堵塞血管的血栓和腔性器官中的各类结石等。超声波是一种高频、高能的声波，当它在血液中传播时，所过之处会形成压强的“两极分化”，中心压强高，两端压强低，低压之处就会产生许多小气泡。现在医院中可以用超声波仪器在人体中制造大量小气泡，从而去“轰炸”这些坏东西以达到治疗目的。

超声波产生的小气泡不仅能作为“炸弹”，还能作为“快递员”将药物定点运送到病灶处，比如将一些对人体细胞杀伤力大的抗癌药物“打包”起来，直接递送到肿瘤中心，减少对正常细胞的伤害。美国南加州大学的生物医学家周启发及其团队首次试验了这个用法。

在用硅胶制成的人造血管中，超声波造成的压强骤降使原来溶于“血液”的气体析出，成为小气泡。人造血管中的化疗药物被气泡包裹起来，研究人员运用一把“声镊子”——聚焦超声波来控制气泡的运动。而这些气泡可以很好地反射超声波，医生可以跟踪反射回来的超声波，从而确定气泡所在的位置。这样，当载有药物的气泡运行到肿瘤处时，研究人员就可以提高超声波的强度，将气泡打破，在所需的部位定点释放药物。

研究人员表示，这个方法可谓是一石二鸟，不仅能控制药物运动，深入病灶给药，在给药的过程中还能监控药物的前进路线，大大提高了药物释放的准确性。而且肿瘤药物只是试验药物的一种，其他药物也可以通过这种方法递送，比如一些对抗耐药菌的超强效抗生素，通过超声波直接将抗生素引导至感染部位，避免伤害人体内的其他有益细菌。

从“捣蛋鬼”到“小助手”，在人类的帮助下，“气泡子弹”就这样成功“转型”了。