正文

第3節(jié):究竟發(fā)生了什么

怎樣把倉鼠變成化石? 作者:(英)米克·奧黑爾


早在1998年,《新科學(xué)家》的一個讀者試著從本現(xiàn)象所涉及的一些問題找出關(guān)鍵所在,并幾乎解答了這個問題。

首先,當(dāng)你用力彎曲一根面條時,面條通常不會在受應(yīng)力最大的彎弧頂點折斷,原因是面條的斷裂是由面條中的缺陷決定的。第一個斷點出現(xiàn)在接近彎弧頂點的位置,那里的受力水平和缺陷的大小組合達到了某個臨界值。這次折斷把面條分成長短各一截。隨后,較長的一截面條在快速回彈時,回抽作用使折斷的端點被彈射到超過中值點,也就是面條原始伸直狀態(tài)的位置,并引發(fā)了這截面條的下一個缺陷部位的活動。這個缺陷經(jīng)過第一次彎曲已經(jīng)在外側(cè)張開,于是不需要在另一個彎曲方向上有太多的作用就可以造成折斷。

其次,通過仔細(xì)觀察各截面條的折斷端,可以決定事件的順序。一次折斷發(fā)生時,裂縫整齊地從被拉伸的向外凸的一側(cè)開始,末端在被壓縮的向內(nèi)凹的一側(cè),有些參差不齊。在斷口的一側(cè)通常會有一個尖屑或針狀碎屑被撕去的痕跡。此外,仔細(xì)考察迸裂出來的中間一段,可以見到兩端都有針狀構(gòu)造的證據(jù),而且該構(gòu)造在面條相對的兩側(cè)。這表明,產(chǎn)生中間一截面條的兩次斷裂是面條在相對兩個方向上彎曲時發(fā)生的,這和線形面條結(jié)構(gòu)的力學(xué)條件是一致的。

雖然讀者的觀察是在正確的軌道上,但只是部分回答了這個難題。這個問題最后讓巴齊爾和塞巴斯蒂安在題為《連續(xù)斷裂造成的圓柱體分割作用——為什么生的意大利面條不會斷成兩半?》的論文中對所發(fā)生的事情進行了研究。該論文發(fā)表在一份叫Physical Review Letters的刊物上,這使他們贏得了2006年“另類諾貝爾物理學(xué)獎”。

巴齊爾和塞巴斯蒂安通過鉗住一端、彎曲另一端的做法,折斷了許多粗細(xì)長短不同的意大利面條。他們發(fā)現(xiàn)由于所謂的彎曲波的作用,出現(xiàn)了意想不到的三截斷裂。當(dāng)面條的彎曲度達到某個臨界點時,第一次折斷出現(xiàn),其振動產(chǎn)生了彎曲波,彎曲波沿斷開形成的長度不一的兩截面條分別向下傳播,速度很快且振幅很大。

第一次折斷形成的兩截面條沒有時間恢復(fù)變直,就受到彎曲波的沖擊,這使面條進一步被彎曲而經(jīng)歷更多次折斷,從而導(dǎo)致了面條一連串的破裂。這種情況發(fā)生時經(jīng)常會造成三截以上的面條折斷。

雖然作為消遣,折斷面條本身有些無聊,但是,巴齊爾和塞巴斯蒂安的工作還為其他類型的延長狀脆性結(jié)構(gòu),其中包括人體骨骼和橋梁拱結(jié)構(gòu)中的破裂問題提供了重要的信息。

附注:

在1994年出版的理查德?費曼的圖解傳記《天才費曼》中,希爾?丹尼就他和理查德?費曼用意大利面條做的實驗描寫道:“如果你拿一根意大利面條并折斷它,結(jié)果面條不是斷成兩半,而幾乎總是斷成三截。為什么這會是實際情況——為什么面條會斷成三截呢?……就這樣我們用了兩個小時,折斷了放在廚房各處的意大利面條,并且對有關(guān)意大利面條斷成三截的原因沒有提出什么合適的理論?!边@似乎一直是一個常見的現(xiàn)象——很明顯,費曼家里到訪的客人,會受到意大利面條的招待,并被請求幫忙解決這一問題。

雖然這個謎曾使物理學(xué)家、諾貝爾獎得主理查德?費曼對之予以關(guān)注,但發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象發(fā)生原因的人卻在2006年獲得了與諾貝爾榮譽對立的獎——另類諾貝爾物理學(xué)獎。諾貝爾獎獎勵的是科學(xué)家工作領(lǐng)域的超級成就,而另類諾貝爾獎是從研究范疇的對立端,獎勵那些在不可思議的、具有幽默感和常常讓人覺得有些傻氣的研究領(lǐng)域里取得的成功。

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在www.lmm.jussieu.fr/spaghetti/index?html你可以看到一段折斷意大利面條的錄像,在網(wǎng)頁上還可以找到更多關(guān)于巴齊爾和塞巴斯蒂安所做實驗的信息。


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