耳機(jī)打結(jié)也是有研究的~~

33074

每次從包里掏出耳機(jī)打算聽音樂的時(shí)候，都會(huì)發(fā)現(xiàn)，不管事先把耳機(jī)線纏得多整齊，它永遠(yuǎn)都會(huì)在包里扭成一團(tuán)亂麻。近年來，物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家們一直在思考為什么電線會(huì)這么不聽話。通過實(shí)驗(yàn)，他們發(fā)現(xiàn)對(duì)于電線打結(jié)有好多種有趣的解答。2007年，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校的研究者們將幾段繩子放在盒子里，然后反復(fù)顛倒，試圖用這種方法解釋耳機(jī)線在你的背包里晃蕩時(shí)打結(jié)的原因。他們的研究論文于2007年發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）上。研究結(jié)果表明，隨機(jī)運(yùn)動(dòng)最后似乎總是會(huì)導(dǎo)致打結(jié)。

這種窩火的情況，幾乎每天都會(huì)發(fā)生。

長而柔軟的繩子在自然狀態(tài)下會(huì)自發(fā)形成許多不同的構(gòu)型：或許是一條整整齊齊的直線，或許是繩子的一端彎曲并與中段交叉。而在實(shí)際情況下，后一種情況占了大多數(shù)：繩子總是傾向于自我纏繞，最終結(jié)成一團(tuán)。在這些隨機(jī)的構(gòu)型中，基本沒有不成團(tuán)的，所以這些繩子最后基本都會(huì)變成一團(tuán)亂麻。一旦打結(jié)，從能量上來說就不太可能自動(dòng)解開了。因此，繩子的結(jié)只會(huì)越來越多。

繩子打結(jié)可不是一個(gè)簡單的問題，數(shù)學(xué)家們?yōu)榇诉€開創(chuàng)了一個(gè)拓?fù)鋵W(xué)的分支學(xué)科，叫做紐結(jié)理論（knot theory），用來研究紐結(jié)的數(shù)學(xué)特性。紐結(jié)的數(shù)學(xué)定義是處在三維空間里的任何簡單封閉曲線。利用這個(gè)定義，數(shù)學(xué)家們把紐結(jié)分成了幾類：例如最簡單的三葉結(jié)，繩子與自身只交叉3次；類似地，還有繩子與自身交叉4次形成的結(jié)，也就是八字結(jié)。數(shù)學(xué)家們已經(jīng)找到了一組稱為瓊斯多項(xiàng)式（Jones polynomials）的數(shù)字公式來定義每種紐結(jié)。然而，在很長的一段時(shí)間內(nèi)，紐結(jié)理論都被認(rèn)為是一種有些高深莫測的數(shù)學(xué)分支。

2007年，物理學(xué)家道格拉斯·史密斯（Douglas Smith）和他當(dāng)時(shí)的本科生道林·雷默（Dorian Raymer）決定用真正的繩子親手驗(yàn)證一下紐結(jié)理論的可行性。在實(shí)驗(yàn)中，他們把一條繩子放入盒子中，然后翻轉(zhuǎn)盒子10秒。隨后，雷默又改變繩子的長度、硬度、盒子大小、翻轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，進(jìn)行了約3000次重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

結(jié)果顯示，在大約50%的概率下，繩子會(huì)打一個(gè)結(jié)。而影響這一結(jié)果的主要因素之一是繩子的長度：長度小于1.5英尺（約46厘米）的繩子打結(jié)的情況較少；而隨著長度增加，打結(jié)的幾率也增大。然而這也有上限，當(dāng)繩子的長度達(dá)到5英尺（約152厘米）時(shí)，它就會(huì)充斥整個(gè)盒子，在超過50%的情況下都不會(huì)打結(jié)。

雷默和史密斯還利用數(shù)學(xué)家們發(fā)明的瓊斯多項(xiàng)式將他們觀察到的紐結(jié)進(jìn)行了分類。在每次翻轉(zhuǎn)之后，他們會(huì)拍下一張繩子的照片并把圖像數(shù)據(jù)輸入到一個(gè)電腦算法中對(duì)紐結(jié)進(jìn)行分類。根據(jù)紐結(jié)理論，共有14種基本的紐結(jié)，它們都包含不多于7個(gè)交叉。雷默和史密斯在實(shí)驗(yàn)過程中觀察到了全部14種紐結(jié)，并且還發(fā)現(xiàn)了更復(fù)雜的紐結(jié)，其中的一些帶有多達(dá)11個(gè)交叉。

研究者們最終建立了一個(gè)模型來解釋他們的觀察結(jié)果。總的來說，為了把繩子放進(jìn)盒子里，就必須把繩子盤繞起來。此時(shí)繩子末端就會(huì)與繩子的某些節(jié)段平行。當(dāng)盒子翻轉(zhuǎn)時(shí)，繩子末端就有可能落到平行節(jié)段的中間而形成交叉。經(jīng)過多次交叉后，繩子末端基本上就會(huì)纏繞在繩子的某個(gè)節(jié)段上，從而形成不同的紐結(jié)。

其實(shí)看了半天我們最想知道的還是到底有沒有辦法能讓電線不打結(jié)呢？研究者們?cè)趯?shí)驗(yàn)中觀察到，如果使用較硬的繩子，打結(jié)的幾率就會(huì)減小。可能這就是為什么蘋果公司將最近幾代筆記本電腦的電源線都選用了較硬的材料。這也解釋了為什么又細(xì)又長的圣誕樹彩燈總是一團(tuán)糟，而又短又粗的接線板電線卻總能平平整整。

另外，較小的容器也能防止打結(jié)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，較長的繩子在較小的盒子中時(shí)，由于繩子有一種展開的趨勢，所以它會(huì)緊貼盒子內(nèi)壁，從而在盒子翻轉(zhuǎn)時(shí)繩子末端不會(huì)掉到繩子中段纏繞起來。這是科學(xué)家們提出的臍帶打結(jié)發(fā)生幾率較低（約1%）的原因：子宮內(nèi)的空間緊湊，不足以讓臍帶打結(jié)。最后，盒子翻轉(zhuǎn)速度較高可以減少繩子打結(jié)幾率。因?yàn)殡x心力的存在，繩子會(huì)緊貼盒子內(nèi)壁，根本沒有打結(jié)的可能。然而，這種方法似乎無法用于解決耳機(jī)線在包里打結(jié)的難題。也許你可以用翻筋斗的方式來行動(dòng)，或者是買一些帶有小口袋的衣服。我覺得應(yīng)該還是后者比較現(xiàn)實(shí)吧。

34408

哇   好專（you）注（xian）的科學(xué)家  這個(gè)都要研究……

20403

唉，數(shù)學(xué)這東西···無言以對(duì)了
后幾段還是很 不錯(cuò)的~贊一個(gè)~

21457

比較硬的+容器小的
這就是他們研究出來的結(jié)論啊？