费曼和希利斯在厨房折腾几小时也没解开:干面条为什么从不乖乖断成两截?
配图:AI 生成的概念示意图,非论文原图、真实现场或实验数据。
TL;DR:两位法国研究者在 2005 年发表论文,解释了为什么掰弯一根干意大利面,它往往碎成三段或更多,而不是两段;这项工作获得 2006 年搞笑诺贝尔物理学奖。核心机制是:第一次断裂释放的弯曲波会在杆上制造新的曲率峰值,引发连锁断裂。至于连锁反应为什么会停下来,作者自己也承认当时没有完全说清。
这是 2005 年发表、2006 年获奖的老故事,不是今天的新闻。
先说谜题本身。你随手掰断一根干面条,两只手各握一头,慢慢弯,直到「啪」一声,手里多半不是两截,而是三截甚至更多。据《科学新闻》(Science News)的报道,理查德·费曼与丹尼·希利斯(W. Daniel Hillis)曾在厨房里试着解释这件事,几小时后希利斯说,他们对「面条为什么断成三段」没有什么像样的理论。
2005 年,巴黎第六大学的巴西勒·奥多利(Basile Audoly)与塞巴斯蒂安·诺伊基希(Sébastien Neukirch)在《物理评论快报》(Physical Review Letters)第 95 卷发表了论文,题目直白得像个答案:《杆的级联断裂:为什么意大利面不会断成两半》。
他们的解释大致是这样的。弯到极限时,面条在某处先断开。断裂的瞬间,原本储存在弯曲里的应力突然释放,弯曲波沿着面条向两端传播,碰到夹住的一端又反射回来。波叠加之后,会让某些位置的曲率短暂地比断裂前还大。而细杆恰恰在曲率最大处断,于是第二次、第三次断裂接踵而至,每一块新碎片再重复一遍这个过程,形成「级联」。
作者还做了一个「等效弹射」实验:夹住弯曲杆的一端,突然松开另一端,看波如何传播并引发断裂。直觉上,释放应力应该让东西更不容易断,结果恰好相反。
至于最后到底碎成几块,Science News 提到,在家里做的话通常不超过十段左右。奥多利的原话大意是,他们真正没搞清楚的,是级联「怎么停下来」。
2006 年,两人因「解释了为什么弯折干意大利面时它常常断成不止两段」获得搞笑诺贝尔物理学奖。这个奖的口号是「先让人笑,再让人想」,而这项研究确实做到了:一个厨房里的小麻烦,背后是断裂力学与波动传播的正经问题。
下次煮面前,不妨掰一根试试,看看你家的面条最后会碎成几截。
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