|
如果你碰巧有一盒意大利面条，不妨尝试做一下这个实验： 拿出一根意大利面，将两端对折，直到折断。你将意大利面折成了多少段？如果答案是三或者更多，那就再试试另一根。你能将它折成两段吗？如果不行，不用担心，因为并不只有你一人这样。 这一意大利面的挑战曾让伟大如费曼这样的物理学家都困惑不已。费曼曾经用大半个晚上折意大利面，试图寻找意大利面“拒绝”被折成两段的原因的理论解释。 直到2005年，法国的物理学家提出了一个理论，描述了当意大利面——以及任何纤长的杆状物——被折断时发挥作用的作用力，费曼的厨房实验才得以解决。 他们发现，当从两端均匀地弯曲一根杆状物时，杆状物会从中间弯曲最厉害的部分折断。这个最初的断裂会触发“回弹”效应和弯曲波（或者说振动），使杆状物进一步断裂开来。 他们的理论获得了2006年的搞笑诺贝尔奖，似乎解决了费曼的困惑。但是，仍然有一个问题：意大利面能不能被迫地断裂为两段呢？ 根据MIT的一项最新研究，答案是肯定的——只要增加一点扭转就好了。近日，在PNAS上发表的一篇论文中，研究人员报道说，他们发现了一种将意大利面折成两段的方法——那就是，既要弯曲，又要扭转意大利面。 意大利面的实验 这个团队用专为这项任务建造的仪器弯曲和扭转意大利面，一共进行了数百根意大利面条的实验。他们发现，如果一根杆状物被扭转到超过一个确定的临界角度，然后缓慢地弯曲时，它就能一反之前的古怪现象，断裂成两段。 研究人员说，这个结果或许能超越在烹饪时的一时好奇，而被应用到诸多领域，例如，增强对裂纹形成的理解、控制其他杆状材料（如多光纤结构、工程纳米管、甚至细胞中的微管等）的断裂。 文章的共同作者、MIT物理应用数学方向的副教授Jörn Dunkel说：“研究扭转能否、以及如何类似地被应用于控制二维、三维材料的断裂动力学，将是很有趣的事情。无论如何，这是一个有趣的跨学科项目，由两个充满才华且坚持不懈的学生开始和完成。他们做了那么多实验，或许在一段时间内，他们都不再想要看到、折断、或者吃意大利面了。” 这两个学生，一个是康奈尔大学的研究生Ronald Heisser，另一个是麻省理工学院Dunkel小组的研究生Vishal Patil。共同作者还有麻省理工学院的数学讲师Norbert Stoop，以及艾克斯-马赛大学的Emmanuel Villermaux。 ○ 实验（上图）和模拟（下图）表明，通过弯曲，意大利面会断裂成多段。| 图片来源：R. Heisser et. al. 在2015年春天，Heisser和项目合作伙伴Edgar Gridello一起，最初接受了折断意大利面的挑战，作为Dunkel开的“非线性动力学：连续系统”课程的最终项目。他们读过费曼的厨房实验，好奇到底能否将意大利面一折为二，并且能不能控制断裂过程。 他们亲手做了一些测试，尝试了各种物品，最终发现，当他们极大地扭转意大利面，然后将两端对折的时候，似乎行之有效，意大利面断成两段。但是扭转必须非常强烈。Ronald想要对此做进一步的研究。 所以Heisser建造了一个机器断裂装置，以有效地控制意大利面的扭转和弯曲。装置两端各有一个夹子，夹住意大利面。一端的夹子可以旋转，使意大利面以不同的角度扭转，而另一端的夹子滑向旋转的夹子，将意大利面的两端靠拢，使之弯曲。 ○ 扭转和弯曲意大利面的实验装置。研究人员发现，如果将一根意大利面扭转到超过一个临界角度，然后缓慢地弯曲时，它会断裂成两段。| 图片来源：R. Heisser et. al. Heisser和Patil使用这个装置来弯曲和扭转数以百计的意大利面条，并用相机以最高100万帧每秒的速率来记录整个断裂过程。最终他们发现，将意大利面首先扭转大约360度，然后缓慢弯曲，意大利面能恰好断裂为两段。实验结果对于两种直径略为不同的意大利面能保持一致。 ○ ○ 实验（上图）和模拟（下图）表明，通过扭转和弯曲，意大利面能够断裂为两段。| 图片来源：R. Heisser et. al. |
|
|
