義大利麵究竟能不能被折成兩段?

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物理學家關心深刻宏大的問題:宇宙起源、時間本質、物質組成,還有義大利麵。

義大利麵問題讓理查德·費曼《Richard Feynman》等著名物理學家困惑不已,甚至還獲得了搞笑諾貝爾獎,這個問題是:

『義大利麵為什麼不能被折成兩段,而是會斷成三段或更多段』美國康奈爾大學《Cornell University》的研究生羅納德·海塞爾《Ronald Heisser》說道,他曾在美國麻省理工學院《MIT》的本科數學課程上,決定對義大利麵的奇怪行為進行探索。

你可能壓根沒注意到,但實際上我們幾乎不可能將一根幹燥的義大利麵分成兩段。

據稱,這個難題讓費曼困惑不已,同樣也讓海塞爾十分著迷。

『我是一個有點逆勢的人,覺得找到將義大利麵折成兩段的方法會是一件很有趣的事,沒人說這樣做不可行,他們隻是解釋了它不會分成兩段的原因』

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事實上,2006年獲得搞笑諾貝爾獎的法國研究人員發現,將義大利麵由兩端均勻地彎曲時,它會在靠近麵條最彎曲的中心處斷裂;但是這個最初的斷裂會產生一個振動波,讓麵條迅速地進一步斷裂開,所以你會得到多個麵條段。

海塞爾想知道他是否能以某種方式繞過這種振動『回彈』效應,結果發現必須對麵條進行扭曲。

海瑟造出了一個裝置對義大利麵進行精確的扭曲,並用高速相機觀察了折斷時產生的碎片。

他發現,施加大約360度的扭曲就能夠折成他所期待的兩段義大利麵。

這時,麻省理工學院的數學研究生維沙爾·帕蒂爾《Vishal Patil》加入了進來:『我一到麻省理工學院,就從合著者羅納德·海塞爾和約恩·東克爾《Jörn Dunkel》教授那裡聽說了這個義大利麵問題……聽到這個問題後,我對這個彈性桿斷裂的數學建模產生了興趣,還想知道利用這個模型是否能找到控制桿狀物斷裂的方法』

斷裂控制是材料科學中的一個大問題,可以應用於很多方面,從高速公路和橋梁設計,到納米管工程。

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帕蒂爾的模型表明,扭轉義大利麵會抑制回彈效應,這是因為一旦扭曲的桿狀物被折斷,它就會試圖解開扭曲的狀態,這種快速展開會產生『扭曲波』,從根本上阻止振動回彈波,從而能將義大利麵幹凈利落地斷成兩段。

這項工作在《美國科學院院刊》《Proceedings of the National Academy of Sciences》上發表。

維沙爾·帕蒂爾:『雖然這個項目有點出於趣味而為之,但我認為能發現隱藏在日常平凡事物背後的趣味性對物理和數學原理來說是一件很棒的事』

翻譯:阿金

審校:白德凡

引進來源:科學美國人

本文來自:中國數字科技館