意大利面如何都折不成两段?科学家研究的结果居然拿了诺奖…


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  来做个小实验,去厨房里拿一把生的、脆感十足的意大利面,用手揪住面的两端的然后掰断它。

  实验注意事项是:不要当着意大利人的面折,不然他们可能不太好受。

  这时候你会发现,无论你折断了多少根面条,它总是不会断成两截,而是三截、四截甚至更多。

  这到底是为什么呢?它可是困扰了许多数学家、物理学家许久的谜题呢。

  据说,诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼在无聊的某天晚上,折意大利面玩的时候发现了这个现象,于是一整晚都在重复折面,但意面折光了他也不知道啥原因。

  因此费曼又被网友们戏称为“费面”。

  理查德·费曼

  后来,在2006年的哈佛大学桑德斯剧院里,正在举办的另类诺贝尔奖为世人揭晓了答案。

  这场典礼每年设置十个奖项,分别颁发给那些有着十分稀奇古怪研究结果的科学家们。

  能有多古怪呢?举几个例子。

  曾经获得过另类诺贝尔奖的有:研究131种青蛙气味、如何把一个文胸变成两个实用的毒气罩、猫咪是固体还是液体……

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  事实上,另类诺贝尔奖的获得者都是名副其实的科学家,为他们颁奖的也是货真价实的诺贝尔奖得主

  在2006年另类诺贝尔奖的颁奖典礼上,就有这次的主人公——法国科学家巴西勒·奥多利赛巴斯蒂安·诺伊基希(注意了这里说的可不是某部漫画里的塞巴斯蒂安)。

  他们因为在著名期刊《物理评论快报》上发表了两篇论文而获奖。

  这两篇论文写的什么呢?

  为什么生的意大利面不能被折成两段

  巴西勒和赛巴斯蒂安

  这是一个由来已久的问题。

  巴西勒和赛巴斯蒂安不停地折断更多的意大利面,但无论怎样,结果还是令人吃惊。

  生意面始终无法被折成两段,但断裂的数量却始终在两段以上十段以下

  于是他们开始研究意大利面的内部结构,其实最简单的工业意面的做法都是一样的。

  用电子显微镜去看它们的图像,可以发现,意面的横截面都是一种带有裂缝的、不均匀的颗粒状材料,部分材质的密度较小。所以折断意面的时候,这个就是发生在最薄弱处的第一次断裂。

  为什么说是第一次断裂?在这里,不得不说科学家的灵感yyds!

  他们灵光一现,开始猜想:或许意大利面被折断时,两处断裂不是同时发生的呢?也许是意面第一次断裂时,产生了一股作用力,以某种方式被传递了下去,从而引发了第二次断裂。

  巴西勒和赛巴斯蒂安一拍即合,立刻在实验室里安装了一台高速摄像机,专门用来拍摄意大利面断裂的过程。

  他们用简单的弹射系统固定住意大利面的两端,然后慢慢地施加力量去折断它,

  再近距离地观察高速摄像机拍出来的图像,最后终于得出了费曼想不通的答案。

  让意大利面始终无法断成两截的罪魁祸首是一股,一股不断被传递的波。

  意面被折断时过度的曲率(即曲线偏离直线的程度,曲线在某一点的弯曲程度的数值曲率越大,曲线的弯曲程度也就越大)会随着那股波被传递下去,从而导致第二次、第三次断裂。

  但波的传递也会被迅速削弱,所以一般很少会看到意面被折断后发生十处以上的断裂。

  也就是说,意面被掰弯到某个临界点的时候,会发生断裂。第一次断裂的两截面条会迅速反弹伸直,并且由于惯性,进行反方向的弯曲,形成一股波浪式的震动,从而引发其他的断裂,就像雪崩一样。

  这就是意大利面被折断时,最初的断裂触发的回弹效应弯曲波

  既然这种现象的原理已经被解释清楚了,那要怎么做才能将意大利面折成两段呢

  有人提议,从意面中间用两只手紧挨着折不就能折成两段了?

  但是,任何实验都是有前提的,这次也不例外,实验的前提始终是手施加的力必须要在意面的两端。

  这样说的话,那不用手行不行呢?

  当然可以!

  2018年,麻省理工学院的数学家们利用他们的机械装置来给这个问题提出了解决方法——扭转

  这个机械装置能固定住意面的两端,同时一端旋转意面,一端来回滑动,从而控制意面的弯曲程度。

  在折断了数百根意面之后,数学家们得出了结论:如果先将意大利面扭转近360

  度(也有人说是270度),然后再慢慢弯折,就可以把它折成两段。

  原来意面在被扭转时,会产生一股“扭转波”,即意面会希望先回到平展的状态,它的传播速度要比“回弹波”的更快。这就释放了一部分的能量,释放的那部分能量无法再被传递,也就阻止了后续断裂的发生。

  此外,意面被掰弯的速度也影响着它的断裂次数

  研究到这里,后辈们也算给费曼当初的不得其解画上了一个句号。

  但是,那么多的数学家、物理学家们费时费力地研究这个问题有什么意义吗

  民以食为天,人们似乎更加在乎意大利面配什么酱好吃、会不会发胖,它是否要比这些问题更重要?

  赛巴斯蒂安认为,折意面的研究是一项基础研究,所以得出的也是基础研究结果。通常基础研究结果发表之后要过二十年,才有可能被应用于医学和工程领域。

  在十几年后的今天看来,这项研究并不是无处彰显的。

  奥运会比赛有一个项目,叫撑杆跳

  撑杆跳的技巧就是运动员使劲压弯杆子,然后尽力往高处跳,所以这里的曲率是极大的。运动员在尽力压弯杆子前需要全速助跑,如果杆子质量出现问题,就会有非常大的可能发生断裂。很明显,这是十分要命的。

  但在现实生活中,这种事竟然真的上演过。

  一位古巴运动员在撑杆跳的时候,杆子断成了三截,看得人胆战心惊!

  不过,幸好人没事。

  大家仔细瞅瞅那根杆,跟意大利面是不是非常像?

  所以,那些看起来十分“无聊”又没有用处的科学研究,很多时候是因为社会还没发展到一定的阶段,制约了人们的想象力,把实用主义放在了科学发展的前面。

  就好比意大利面长度大、厚度小的特质,跟许多建筑物都是类似的。

  想象一下,我们身边其实充满了各种大大小小的意大利面,桥梁、大梁、摩天大楼、飞机……跟意面一样的道理,当它们受到冲击时,类似的构造产生的波能让这些建筑物或物体折成若干段。这不比意面的断裂严重多了?

  意面折断研究虽然暂时无法给到这些问题一些解决方案,但也算给了人类在某些方面的一些警醒。并且随着科技的发展,这也未尝不会成为解决问题的突破点。

  或许另类诺贝尔奖的设立,就是为了让大家发现并研究生活中一些有趣但不起眼的现象吧,毕竟以经验为基础的观察是远远不够的

  是不是搓搓小手准备去折意大利面做实验了呢?

  那在成为下一位另类诺贝尔奖获得者之前,记得把折断的意大利面煮来吃了,不要浪费粮食,不然可能会妈见打。

  参考链接:

  https://www.bilibili.com/video/BV1jP4y1Y7BE?spm_id_from=333.6.0.0

  https://www.bilibili.com/video/BV1tx411a7fW

  http://www.360doc2.net/wxarticlenew/788845229.html

  http://www.360doc2.net/wxarticlenew/778626457.html


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