意大利麵如何都折不成兩段?科學家研究的結果居然拿了諾獎…

2021年12月04日11:00

  本文經授權轉載自微信公眾號:爆炸吧知識  (ID:superdata1)

  來做個小實驗,去廚房裡拿一把生的、脆感十足的意大利麵,用手揪住面的兩端的然後掰斷它。

  實驗注意事項是:不要當著意大利人的面折,不然他們可能不太好受。

  這時候你會發現,無論你折斷了多少根麵條,它總是不會斷成兩截,而是三截、四截甚至更多。

  這到底是為什麼呢?它可是困擾了許多數學家、物理學家許久的謎題呢。

  據說,諾貝爾物理學獎得主理查德·費曼在無聊的某天晚上,折意大利麵玩的時候發現了這個現象,於是一整晚都在重複折面,但意麵折光了他也不知道什麼原因。

  因此費曼又被網友們戲稱為“費面”。

  理查德·費曼

  後來,在2006年的哈佛大學桑德斯劇院里,正在舉辦的另類諾貝爾獎為世人揭曉了答案。

  這場典禮每年設置十個獎項,分別頒發給那些有著十分稀奇古怪研究結果的科學家們。

  能有多古怪呢?舉幾個例子。

  曾經獲得過另類諾貝爾獎的有:研究131種青蛙氣味、如何把一個文胸變成兩個實用的毒氣罩、貓咪是固體還是液體……

  液體貓貓在線委屈

  事實上,另類諾貝爾獎的獲得者都是名副其實的科學家,為他們頒獎的也是貨真價實的諾貝爾獎得主。

  在2006年另類諾貝爾獎的頒獎典禮上,就有這次的主人公——法國科學家巴西勒·奧多利和賽巴斯蒂安·諾伊基希(注意了這裏說的可不是某部漫畫里的塞巴斯蒂安)。

  他們因為在著名期刊《物理評論快報》上發表了兩篇論文而獲獎。

  這兩篇論文寫的什麼呢?

  為什麼生的意大利麵不能被折成兩段。

  巴西勒和賽巴斯蒂安

  這是一個由來已久的問題。

  巴西勒和賽巴斯蒂安不停地折斷更多的意大利麵,但無論怎樣,結果還是令人吃驚。

  生意麵始終無法被折成兩段,但斷裂的數量卻始終在兩段以上十段以下。

  於是他們開始研究意大利麵的內部結構,其實最簡單的工業意麵的做法都是一樣的。

  用電子顯微鏡去看它們的圖像,可以發現,意麵的橫截面都是一種帶有裂縫的、不均勻的顆粒狀材料,部分材質的密度較小。所以折斷意麵的時候,這個就是發生在最薄弱處的第一次斷裂。

  為什麼說是第一次斷裂?在這裏,不得不說科學家的靈感yyds!

  他們靈光一現,開始猜想:或許意大利麵被折斷時,兩處斷裂不是同時發生的呢?也許是意麵第一次斷裂時,產生了一股作用力,以某種方式被傳遞了下去,從而引發了第二次斷裂。

  巴西勒和賽巴斯蒂安一拍即合,立刻在實驗室里安裝了一台高速攝像機,專門用來拍攝意大利麵斷裂的過程。

  他們用簡單的彈射系統固定住意大利麵的兩端,然後慢慢地施加力量去折斷它,

  再近距離地觀察高速攝像機拍出來的圖像,最後終於得出了費曼想不通的答案。

  讓意大利麵始終無法斷成兩截的罪魁禍首是一股波,一股不斷被傳遞的波。

  意麵被折斷時過度的曲率(即曲線偏離直線的程度,曲線在某一點的彎曲程度的數值曲率越大,曲線的彎曲程度也就越大)會隨著那股波被傳遞下去,從而導致第二次、第三次斷裂。

  但波的傳遞也會被迅速削弱,所以一般很少會看到意麵被折斷後發生十處以上的斷裂。

  也就是說,意麵被掰彎到某個臨界點的時候,會發生斷裂。第一次斷裂的兩截麵條會迅速反彈伸直,並且由於慣性,進行反方向的彎曲,形成一股波浪式的震動,從而引發其他的斷裂,就像雪崩一樣。

  這就是意大利麵被折斷時,最初的斷裂觸發的回彈效應和彎曲波。

  既然這種現象的原理已經被解釋清楚了,那要怎麼做才能將意大利麵折成兩段呢?

  有人提議,從意麵中間用兩隻手緊挨著折不就能折成兩段了?

  但是,任何實驗都是有前提的,這次也不例外,實驗的前提始終是手施加的力必須要在意麵的兩端。

  這樣說的話,那不用手行不行呢?

  當然可以!

  2018年,麻省理工學院的數學家們利用他們的機械裝置來給這個問題提出瞭解決方法——扭轉。

  這個機械裝置能固定住意麵的兩端,同時一端旋轉意麵,一端來回滑動,從而控制意麵的彎曲程度。

  在折斷了數百根意麵之後,數學家們得出了結論:如果先將意大利麵扭轉近360

  度(也有人說是270度),然後再慢慢彎折,就可以把它折成兩段。

  原來意麵在被扭轉時,會產生一股“扭轉波”,即意麵會希望先回到平展的狀態,它的傳播速度要比“回彈波”的更快。這就釋放了一部分的能量,釋放的那部分能量無法再被傳遞,也就阻止了後續斷裂的發生。

  此外,意麵被掰彎的速度也影響著它的斷裂次數。

  研究到這裏,後輩們也算給費曼當初的不得其解畫上了一個句號。

  但是,那麼多的數學家、物理學家們費時費力地研究這個問題有什麼意義嗎?

  民以食為天,人們似乎更加在乎意大利麵配什麼醬好吃、會不會發胖,它是否要比這些問題更重要?

  賽巴斯蒂安認為,折意麵的研究是一項基礎研究,所以得出的也是基礎研究結果。通常基礎研究結果發表之後要過二十年,才有可能被應用於醫學和工程領域。

  在十幾年後的今天看來,這項研究並不是無處彰顯的。

  奧運會比賽有一個項目,叫撐杆跳。

  撐杆跳的技巧就是運動員使勁壓彎杆子,然後盡力往高處跳,所以這裏的曲率是極大的。運動員在盡力壓彎杆子前需要全速助跑,如果杆子質量出現問題,就會有非常大的可能發生斷裂。很明顯,這是十分要命的。

  但在現實生活中,這種事竟然真的上演過。

  一位古巴運動員在撐杆跳的時候,杆子斷成了三截,看得人膽顫心驚!

  不過,幸好人沒事。

  大家仔細瞅瞅那根杆,跟意大利麵是不是非常像?

  所以,那些看起來十分“無聊”又沒有用處的科學研究,很多時候是因為社會還沒發展到一定的階段,製約了人們的想像力,把實用主義放在了科學發展的前面。

  就好比意大利麵長度大、厚度小的特質,跟許多建築物都是類似的。

  想像一下,我們身邊其實充滿了各種大大小小的意大利麵,橋樑、大梁、摩天大樓、飛機……跟意麵一樣的道理,當它們受到衝擊時,類似的構造產生的波能讓這些建築物或物體折成若干段。這不比意麵的斷裂嚴重多了?

  意麵折斷研究雖然暫時無法給到這些問題一些解決方案,但也算給了人類在某些方面的一些警醒。並且隨著科技的發展,這也未嚐不會成為解決問題的突破點。

  或許另類諾貝爾獎的設立,就是為了讓大家發現並研究生活中一些有趣但不起眼的現象吧,畢竟以經驗為基礎的觀察是遠遠不夠的。

  是不是搓搓小手準備去折意大利麵做實驗了呢?

  那在成為下一位另類諾貝爾獎獲得者之前,記得把折斷的意大利麵煮來吃了,不要浪費糧食,不然可能會媽見打。

  參考鏈接:

  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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