当肥皂液用到瓶底时，精打细算的人可能会尝试往瓶子里加水，以挤出最后一点肥皂。但通常，水会直接穿透肥皂，喷出来的水只带一点点泡沫。
这是因为当你将水这类粘度较低的流体推入肥皂这类粘度较高的流体时，在受限空间中，两种流体接触的界面可能不稳定，而比较稀的液体会挑阻力最小的路走。
如果你仔细观察，可能会看到两种流体接触处形成小凸起，这种现象物理学家称之为“粘性指进”。在某些类型的受限空间中，这些手指状的东西会分出枝杈。
“粘性指进不稳定性是图案形成研究中最经典的例子之一，一直在给自然界中分支结构的形成（如河流分流成小溪）带来新发现和新花样，”斯坦-弗雷勒杰出服务物理学教授西德尼·内格尔说道。
在一项发表在《科学进展》杂志上的新研究中，内格尔的团队发现，改变流体接触界面的形状可以推迟分支冒出来，也让它们长得更慢——这有望让工业和环保操作更高效。
形态演变
当一种流体在受限空间中遇到另一种流体时，界面的稳定性取决于几个因素：流体混合的容易程度、它们粘度的差异以及流体流动的速度。如果界面变得不稳定，它会产生波动并形成指状突起。
这在许多情况下会降低效率。例如，公司使用二氧化碳将石油从储层中推出——但如果界面变得不稳定并形成指状突起，气体可能会直接穿过石油到达提取井。工程师最终抽出的只是气体，石油则仍留在地下。
为了更好地理解这个问题，纳格尔团队（Nagel）希望更深入地探究指状结构形成的基本规则。
对于不易混合的流体，如油和水，表面张力像一层“薄膜”，有助于稳定它们之间的边界。另一方面，对于可混溶的流体——它们可以溶解在一起形成均匀的溶液——几乎没有表面张力。这似乎意味着不稳定性更大，但有时指状结构却从未形成。那这是为什么呢？
要形成指状结构，稀薄流体与粘稠流体之间的界面必须清晰且陡峭；如果流体的粘度过于相似，界面就不会足够清晰。如果稀薄流体注入速度足够慢，让其有充分时间渗入较粘稠流体，也可以避免指状结构的形成。
但是，有没有一种方法可以在不改变这些因素的情况下影响指状结构的形成呢？
“我们想知道，是否可以在不改变粘度比的情况下，通过物理方式改变界面的形状，以及界面的形状与其稳定性之间是否存在直接关联，”该论文第一作者、Nagel实验室研究生刘兆宁说。
平滑动作
研究粘性指进不稳定性时，通常会用一种装置，它由两块平行平板组成，中间缝隙非常窄。
团队先用高粘度溶液填满这个缝隙。然后，他们通过顶板上的一个小孔注入低粘度溶液。当较稀的液体从中心往外扩散，把较稠的液体往外推时，两者交界的前沿会形成一条钝曲线，表面相当平直（又尖又突然）。最后就形成了指状结构。
接着，他们重复了这个方法，把底板左右滑动，这叫剪切，同时调整滑动的快慢和幅度，看看界面会怎么变。
这一移动改变了两液体接触区域的形状。界面向外凸起，形成更尖锐的曲线，而锐利的边缘则变得平滑。
研究团队发现，滑板滑动得越远、越快，指状物开始形成所需的时间就越长，而且一旦形成，其生长速度也更慢——这表明界面形状与其稳定性之间存在直接关联。
科学家们表示，这一突破可能对工业流程和环境应用产生重大影响。
“这项研究展示了一种控制和延迟不稳定性发生的新方法，”纳格尔说，“这在众多涉及流体的工业过程中都扮演着重要角色，比如从地下开采石油到碳封存。”
例如，一项减缓气候变化的努力是将二氧化碳储存在含盐水层中，而控制黏性指状现象的能力可能是将更多温室气体深埋地下的关键。
“要把这项研究真正用到解决这类问题上，路还长着呢，但这总算开了个头，”纳格尔说。
更多信息： 刘兆宁等人，《平移剪切对粘性指进不稳定中界面结构的影响》，《科学进展》（2026年）。 DOI: 10.1126/sciadv.aeb2907
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