Мелвин Рис (Информационно-коммерческий отдел Патентного управления, Лондон, Великобритания)

В сущности, ваш читатель хочет получить ответ на вопрос не о шоколаде. Однажды мне сказали, что некий производитель мыла использовал аналогичный метод при изготовлении плавучего мыла. Опыты прошли успешно, мыло не тонуло в воде, но с коммерческой точки зрения этот продукт оказался нежизнеспособным, поскольку мыло растворялось очень быстро.

Майкл Дигнен (Норидж, Великобритания)

Дейвид Бейли, поверенный из адвокатской конторы по патентным делам «Brookes Batchellor», расположенной в Танбридж-Уэлсе (Кент), и Армен Хачикян, сотрудник Патентного информационного отдела Британской библиотеки, нашли еще один патент — GB 459582. Этот документ был зарегистрирован компанией «Rowntree» в тот же день, что и патент, о котором упоминалось выше. В нем представлена концепция изготовления шоколада «Aero». Производители шоколада, безусловно, знали, что делают. Хачикян указывает, что за восемь дней до регистрации патента название «Aero» было зарегистрировано в качестве торговой марки. Несмотря на то что срок действия английских патентов истекает через 20 лет после регистрации, торговая марка «Aero» до сих пор не утратила силы. Кроме того, Том Джексон из Уигтона (Камбрия) отыскал английский патент GB 480951 от 1938 года под названием «Усовершенствования в производстве сладостей, предназначенных для еды или приготовления напитков», зарегистированный Сидни Филлипсом и Артуром Уиттакером. В этом документе содержатся сведения о том, как можно получить пузырьки в расплавленном шоколаде с помощью сжатого газа, который затем выпускают через отверстие. В нем утверждается: «Когда шоколад помещают в область атмосферного давления, газ стремится улетучиться или расширяется внутри шоколада, при давая ему пористую, ячеистую структуру, похожую на медовые соты».

Автор-составитель

Мы очень рады, что этот вопрос, присланный в рубрику «Last Word» в 1995 году, вдохновил на разработку исследовательского проекта целый ряд ученых из разных научных учреждений — Джулиана Картрайта из Лаборатории кристаллографических исследований (Гранада, Испания), Оресте Пиро из Средиземноморского института специальных исследований (Мальорка, Испания) и Ану Виллакампа из Национальной лаборатории им. Лоренса Ливермора (Калифорния, США). Их научный доклад «Образование узора при конвекционном движении растворов: извилистые круги и обособленные ячейки» был опубликован в журнале «Physica А». За период с 1995 года в редакцию журнала «New Scientist» читатели прислали ряд теорий, согласно которым причиной столь необычного эффекта является реакция между спиртом и жировыми веществами в сливках. Теперь мы знаем правильный ответ и ниже публикуем объяснение авторов статьи в журнале «Physica А».

Автор-составитель

Мы провели опыт с ликером и сливками и были заинтригованы. Потрясающе интересно наблюдать, как образуются эти разные узоры в слоях сливок разной толщины. Все это вызвано конвекцией. Конвекция — это перемещение объемов жидкости, зачастую обусловленное разностью температур. В ликере со сливками причиной конвекции является разность концентрации. Это так называемое конвекционное движение раствора. Важный компонент ликера «Tia Maria» — спирт. После того как сливки налили на поверхность ликера, спирт начинает проникать в сливочный слой. Когда он достигает поверхности, происходит изменение поверхностного натяжения: чем больше спирта в поверхностном слое, тем меньше поверхностное натяжение. Области более высокого поверхностного натяжения притягивают к себе жидкость из областей малого поверхностного натяжения. Жидкость, находящаяся под областями малого поверхностного натяжения, смещает жидкость, находящуюся на поверхности, занимая ее место. Но в этой жидкости уже содержится больше спирта, поскольку она поднимается из слоя сливок, находящегося ближе к ликеру. Данная часть жидкости имеет ровную поверхность натяжения и, в свою очередь, тоже смещается. Этот механизм положительной обратной связи создает конвекционное движение, которое продолжается до тех пор, пока существует разница в концентрациях компонентов смеси. Этот тип конвекционного движения, вызываемого воздействием поверхностного натяжения, называется конвекцией Бенара — Марангони и особенно характерен для тонких слоев жидкости. Это важный элемент таких процессов, как высыхание краски. Эти же капиллярные силы, или силы поверхностного натяжения, способствуют образованию других типов узоров в алкогольных напитках (например, «слезы» в бокале вина). Другой важный фактор конвекционного движения — плавучесть. Но конвекция, происходящая под воздействием выталкивающей силы, так называемая конвекция Рэлея — Бенара, не может вызвать образование узоров в «Tia Maria», потому что сливки легче ликера и, соответственно, этот ликер, покрытый слоем сливок, находится в состоянии равновесия. Узоры, образующиеся, когда жидкость начинает перемещаться под воздействием одного из этих двух механизмов, хорошо изучены в таких явлениях, как клубы облаков на небосводе или шестиугольники, появляющиеся на сковородке при нагревании слоя растительного масла. Ликер «Tia Maria» в этом плане исключение, потому что образующиеся в нем узоры — это не обычные клубы или шестиугольники. Об аналогичных узорах также есть упоминания и в научной литературе, в частности в статьях, написанных в первые десятилетия XX века. Червеобразные узоры в тонких слоях сливок называются извилистыми кругами, тороидальные ячейки — обособленными ячейками. И те и другие появляются, если на поверхности вещества, в котором происходит конвекция, есть поверхностная пленка, препятствующая передвижению потоков между поверхностью и основной массой жидкости. В данном случае жирные сливки частично блокируют поверхность, потому и образуются эти узоры. В более поздних исследовательских работах, посвященных конвекции, подобные типы узоров зачастую не рассматриваются, а данные старых опытов считаются неточными, потому что для экспериментов брались неоднородные жидкости; полагают, что разные узоры возникали из-за наличия примесей. Мы попытались восстановить справедливость. Понаблюдав за образованием узоров в ликере «Tia Maria», мы провели опыты с более простыми беспримесными жидкостями: узоры получились такие же.

Джулиан Картрайт, Оресте Пиро, Ана Виллакампа (Испания, США)

Пчеловоды могут не согласиться с данным утверждением, поскольку мед, полученный из нектара разных растений, ведет себя по-разному. Мед — перенасыщенный раствор сахара разных концентраций (главным образом глюкозы и фруктозы), в котором также присутствуют чешуйки насекомых, пыльцевые зерна и органические молекулы, которые либо способствуют, либо препятствуют кристаллизации. Глюкоза кристаллизуется быстро; фруктоза долго остается в состоянии жидкого раствора. Виды меда, богатого глюкозой и зародышеобразующими частицами (мед алоэ), становятся зернистыми, а некоторые виды эвкалиптового меда остаются душистыми и жидкими на протяжении многих лет. Когда мед долго сохранялся в жидком прозрачном состоянии, а потом вдруг неожиданно стал кристаллизоваться, это значит, что в нем сформировался зародыш кристаллизации под воздействием микробов, местного обезвоживания, окисления или каких-то других химических реакций. Кристаллизация также может быть абсолютно самопроизвольной и начаться, как только произойдет сцепление достаточного количества молекул и образуется затравочный кристалл. Для некоторых видов сахара это обычное явление, для других — редкое. Осеменяя мед кристаллами или активно насыщая его воздухом, вы можете спровоцировать кристаллизацию. Созданный таким образом продукт поступает в продажу как взбитый мед. Патока между осаждающимися кристаллами более жидкая и менее душистая, чем настоящий мед, потому что сахар сконцентрирован в кристаллах. Поместите взбитый мед в микроволновую печь и нагрейте его до невысокой температуры, пока сахар не растает. Сравните на вкус патоку и растаявший сахар. Вы будете поражены.