科學家破解"宇宙級難題":如何對半折斷生義大利麵條?

新浪科技訊 北京時間9月13日訊息，據國外媒體報道，在學習物理學時，你總會遇到宇宙中一些更大的謎題：大爆炸之前發生了什麼？黑洞裡面有什麼？以及，有沒有可能將一根幹義大利麵條等分成兩半？

或許你在廚房裡就曾問過最後一個問題。當你嘗試把生義大利麵條折成兩段時，為什麼幾乎總是會折成三段或更多段義大利麵碎片？這是一個違反邏輯的現象，幾十年來一直令廚師和學者們感到費解。甚至還有傳說稱，在二戰期間幫助開發原子彈的諾貝爾物理學獎得主理查德·費曼（Richard Feynman）曾經花了大半個晚上的時間，在廚房裡不斷地折斷義大利麵，為這個問題尋找答案。

費曼最終並沒有得到想要的解釋，但就在不久前（8月13日），一篇發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS）的論文為這個問題畫上了句號。利用一系列數學模型和一個“折義大利麵機器人”，麻省理工學院的研究人員發現，將一根生義大利麵條折成兩段是可能的，但是要先扭轉一下。為了避免麵條斷裂成許多碎片，其中一端必須扭轉將近360度。

研究共同作者、麻省理工學院物理應用數學助理教授Jörn Dunkel稱，如果用更技術化的用語來說，這些“結果促進了對扭曲如何影響斷裂級聯的認識”。“無論如何，這是一個有趣的跨學科專案，由兩位才華橫溢且很有耐心的學生完成，他們或許在一段時間內都不想再折斷或品嚐義大利麵了。”

在這項新研究中，麻省理工學院的研究人員折斷了超過350根百味來（Barilla）品牌的義大利麵，並用超高速攝像機將所有折斷過程拍攝了下來。為了讓麵條實驗更為精確，研究第一作者、康奈爾大學的研究生羅納德·海瑟（Ronald Heisser）建造了一臺特製的義大利麵條彎折機，配有兩個鋁製鉗子，用來夾住麵條兩端。每次試驗中，一根義大利麵條被放入彎折機中，扭轉至一定角度，然後向上彎曲直至折斷。

在數百根義大利麵條被折斷之後，研究人員發現，他們終於可以將一根麵條折成兩段，前提是將麵條扭曲至少250度，然後緩慢彎曲至斷裂。研究人員稱，使用兩種義大利麵（百味來5號和百味來7號，二者的直徑略有不同）進行實驗的結果是一致的，而且與實驗開始前研究團隊執行的一系列義大利麵彎曲模型相吻合。

那麼，為什麼扭轉如此重要？研究人員稱，扭轉可以“使麵條以不止一種模式來儲存能量”。請思考一下，當一根沒有扭轉的麵條斷裂成兩段時，每一段都會隨著動能的釋放而向後彈起。2005年的一項研究發現，這種反彈會釋放出一股強大的能量波，使麵條的其他受壓部分也突然斷裂（這項研究獲得了2006年的搞笑諾貝爾獎）。事實上，這種現象並不僅僅出現於乾麵條，許多細桿狀的結構（包括奧運會撐杆跳高專案所用的撐杆）都會如此。

麻省理工學院的研究人員寫道，在扭轉的麵條中，大部分的回彈波被轉移到隨麵條展開而釋放的“扭轉波”中。因此，向後反彈的力量會減弱，從而不容易發生更多的斷裂。

“（麵條）一旦斷裂，仍然會出現反彈，因為杆要變直，”Dunkel說，“它同樣也不想被扭轉。”所以，可以肯定的是：將生義大利麵條等分折為兩段是可能的。費曼應該可以滿意了。雖然這一發現無法與原子彈相比，但可以幫助未來的研究人員更好地瞭解斷裂的機制，甚至幫助設計抗斷裂的奈米材料。至於這些發現是否適用於其他型別的麵條，還需要進一步的研究。（任天）