流体大致可以分为两类：普通的和奇怪的。水、酒精等大致可算作普通流体，当它们流过管道或被搅动时，表现出的效果或多或少都符合预期；但像油漆、蜂蜜、血液等黏度较高的液体，则往往表现出一些令科学家不解的谜之行为。今天我们要讲的故事，就与一个困扰了科学家半个多世纪的奇怪流体行为有关。
在油田中，为了尽可能地提取石油，工程师通常会向地下注入水与一种所谓的推挤液的混合液。
上个世纪60年代，流变学家Arthur Metzner和他的学生Ronald Marshall在油田进行野外作业时注意到，当这些含有长链聚合物的推挤液以一定的速度被泵入地下时，它会出乎意料之外地变得更加粘稠。这样的效应在后来的许多类似系统中都被观察到了。然而经过几十年的深入研究，科学家仍然不知道这些液体为什么会变得更加粘稠。
由此引发了一个持续50多年之久的谜题：为什么在压力作用下，一些特定的流体在流过多孔材料（如土壤和沉积岩）时会怪异地减速？
现在，一组来自普林斯顿大学的研究人员用实验找到了这个谜题的答案。他们将研究结果发表在了《科学进展》杂志上。无论是油田里的推挤液，还是其他一些粘稠流体，都可以被统称为聚合物溶液。这些溶液中可以含有长而复杂的分子，比如包含溶解的聚合物，或含有由具有许多重复的亚基的大分子组成的材料。
许多能源、环境、工业过程，都依赖于这些聚合物溶液在多孔介质上的流动。通常，在压力的作用下，聚合物溶液的黏度会降低，流动速度会加快；但当它们通过多孔介质时，黏度会增加，从而流速降低。
为了找到问题的根源，在新研究中，研究人员设计了一个新颖的实验来观察聚合物溶液是在流经多孔介质时发生了什么。整个实验设备是由一个长方形的小腔室组成的，长度只有小指的一半，腔室中随机地填入许多微小的硼硅酸盐玻璃珠。
这些透明的玻璃珠充当了多孔介质的角色，它们就像是一块透明的人造岩石，让研究人员能直观地观测聚合物溶液在其中的运动。在这块“人造岩石”中，研究人员将一种常见的聚合物溶液注入其中。为了便于观察溶液在微型玻璃珠周围的流动情况，他们提前在聚合物溶液中添加了荧光乳胶微粒。
在这一实验装置中，研究人员拍摄到了流体的运动。他们观察到，当聚合物溶液通过多孔介质时，随着流速的增加，它们的流动开始变得混乱，会在与自身的相撞中翻滚并自我循环，产生湍流。这种现象一开始发生在一两个空隙中，接着越来越多，到最后布满了所有空隙。他们发现，当这些聚合物溶液在孔隙空间中穿行时，它们会伸展，产生能够在不同孔隙中积累并导致湍流的力。当在更高的压力下推动溶液通过时，这种效应会变得更加明显。
黏度是描述流体流动最基本的性质之一，这是科学家首次将湍流与多孔介质中的黏度增加联系起来。一直以来，科学家都无法预测在多孔介质中流动的聚合物溶液的黏度。而新的研究证实了这种预测是可以实现的。现在，我们可以确切地看到，当聚合物溶液是被泵入地下或其他不透明的多孔介质中时发生了什么。这个困扰了科学家半个多世纪的谜题终于被揭开。
这一发现不仅将有助于加深对聚合物溶液流动和混沌流动的理解，而且还将有助于改善能源、环境和工业部门的许多重要过程，比如指导相关领域的从业者在不同环境下制备正确的聚合物溶液，以及用正确的压力来完成任务。