為什麼鞋帶總是會自己散開

奧萊利遇到了一個也困擾了我們大多數人的問題。「就是我的鞋帶老是散開，」他對PopSci說道，「我一直不理解為什麼會這樣。」

奧萊利，加州大學伯克利分校機械工程系教授，以前對如何把鞋帶系一個好「結」並不感興趣，但現在不一樣了，他和他的同事克里斯托弗、克里斯丁也在努力理解鞋帶不斷散開背後的機制。如今他們的研究結果已發表在《皇家學會報告A》上。

根據結果來看，當你的腳碰到地面時，系的不好的「結」需要很大的力，有時甚至是重力的7倍，這樣就分解了結。同時，鞋帶隨著你的步伐一起拍打搖晃，又增添了額外的力。這些力結合起來，鞋帶就很輕鬆的散了。

「我們從同事那兒借了個高速運鏡，」奧萊利說道，「該研究的共同作者克里斯丁穿著跑鞋在跑步機上跑，由慢速鏡頭記錄這一切，你可以清晰的看見鞋帶散開的完整過程。」

這項研究也表明高速相機在科學研究領域越來越重要。奧萊利很喜歡研究一些數學模型，然後再從機制和物理系統兩方面分析它們。比如歐拉，它是一個在鏡面上旋轉的磁碟玩具，當磁碟能量耗盡，鏡子開始振動，然後磁碟就會飛走。

奧萊利說：「你可以給它建立一個模型，但如果用一台高速攝像機或者甚至手機自帶慢鏡頭觀察它的話，其實可以看見磁碟振動鏡面時形成的波。

科學家越了解物理系統，數學模型就會越做越好，他們建模新東西時也能獲得更多。也許有朝一日，只有我們讓這個「結」自己散開它才會散開。

研究員也用不同的打結方式把鞋帶系在鐘擺上來系統化測試哪些「結」更結實，哪些「結」很弱。有些「結」雖然相比其他更結實，但最後所有的「結」還是散了。

奧萊利強調這只是開始，並不是結局。為什麼「結」總是散，究竟是什麼使一個結實的「結」變得不結實，這一點還沒搞明白。而且關於「結」的更廣泛的物理力學，還有當你對它施加不同大小的力時它會變成什麼樣子，這些其實都還是謎。表面上看，理解「結」似乎沒什麼大問題，畢竟人可以總是穿一腳蹬。

但「結」有更廣泛的應用。「當你說到「結」結構時，如果你能理解鞋帶，那你就可以把它的原理應用在其它方面，比如DNA等微觀結構，」克里斯丁稱，「這是理解為什麼某種「結」要比其他「結」更結實的第一步，但沒人真正理解過。」

同樣，「結」除了用在鞋帶上還用在了很多地方，有時會導致十分嚴重的後果。航行時的帆、劇院椽子上掛著的燈：一個不好的「結」就這樣奪走了一條人命。

「知道力是怎樣作用於一個「結」對外科手術縫合來說很重要。」奧萊利說。醫生和研究員測試縫合很多次，他們打好一個「結」，再用辦法把它散開，就是想看看什麼線什麼結能夠結合很好並且持續很久。

「手術能在你的身體內部縫合併打一個能持續很久的「結」真的很神奇，但其實知道為什麼「結」會散開，它內部本身的力量、變形是怎麼一回事真的很難。」

本文譯自 popsci，由譯者 Ayeshanyoga 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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