早在1998年,《新科学家》的一个读者试着从本现象所涉及的一些问题找出关键所在,并几乎解答了这个问题。
首先,当你用力弯曲一根面条时,面条通常不会在受应力最大的弯弧顶点折断,原因是面条的断裂是由面条中的缺陷决定的。第一个断点出现在接近弯弧顶点的位置,那里的受力水平和缺陷的大小组合达到了某个临界值。这次折断把面条分成长短各一截。随后,较长的一截面条在快速回弹时,回抽作用使折断的端点被弹射到超过中值点,也就是面条原始伸直状态的位置,并引发了这截面条的下一个缺陷部位的活动。这个缺陷经过第一次弯曲已经在外侧张开,于是不需要在另一个弯曲方向上有太多的作用就可以造成折断。
其次,通过仔细观察各截面条的折断端,可以决定事件的顺序。一次折断发生时,裂缝整齐地从被拉伸的向外凸的一侧开始,末端在被压缩的向内凹的一侧,有些参差不齐。在断口的一侧通常会有一个尖屑或针状碎屑被撕去的痕迹。此外,仔细考察迸裂出来的中间一段,可以见到两端都有针状构造的证据,而且该构造在面条相对的两侧。这表明,产生中间一截面条的两次断裂是面条在相对两个方向上弯曲时发生的,这和线形面条结构的力学条件是一致的。
虽然读者的观察是在正确的轨道上,但只是部分回答了这个难题。这个问题最后让巴齐尔和塞巴斯蒂安在题为《连续断裂造成的圆柱体分割作用——为什么生的意大利面条不会断成两半?》的论文中对所发生的事情进行了研究。该论文发表在一份叫Physical Review Letters的刊物上,这使他们赢得了2006年“另类诺贝尔物理学奖”。
巴齐尔和塞巴斯蒂安通过钳住一端、弯曲另一端的做法,折断了许多粗细长短不同的意大利面条。他们发现由于所谓的弯曲波的作用,出现了意想不到的三截断裂。当面条的弯曲度达到某个临界点时,第一次折断出现,其振动产生了弯曲波,弯曲波沿断开形成的长度不一的两截面条分别向下传播,速度很快且振幅很大。
第一次折断形成的两截面条没有时间恢复变直,就受到弯曲波的冲击,这使面条进一步被弯曲而经历更多次折断,从而导致了面条一连串的破裂。这种情况发生时经常会造成三截以上的面条折断。
虽然作为消遣,折断面条本身有些无聊,但是,巴齐尔和塞巴斯蒂安的工作还为其他类型的延长状脆性结构,其中包括人体骨骼和桥梁拱结构中的破裂问题提供了重要的信息。
附注:
在1994年出版的理查德?费曼的图解传记《天才费曼》中,希尔?丹尼就他和理查德?费曼用意大利面条做的实验描写道:“如果你拿一根意大利面条并折断它,结果面条不是断成两半,而几乎总是断成三截。为什么这会是实际情况——为什么面条会断成三截呢?……就这样我们用了两个小时,折断了放在厨房各处的意大利面条,并且对有关意大利面条断成三截的原因没有提出什么合适的理论。”这似乎一直是一个常见的现象——很明显,费曼家里到访的客人,会受到意大利面条的招待,并被请求帮忙解决这一问题。
虽然这个谜曾使物理学家、诺贝尔奖得主理查德?费曼对之予以关注,但发现这一现象发生原因的人却在2006年获得了与诺贝尔荣誉对立的奖——另类诺贝尔物理学奖。诺贝尔奖奖励的是科学家工作领域的超级成就,而另类诺贝尔奖是从研究范畴的对立端,奖励那些在不可思议的、具有幽默感和常常让人觉得有些傻气的研究领域里取得的成功。
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在www.lmm.jussieu.fr/spaghetti/index?html你可以看到一段折断意大利面条的录像,在网页上还可以找到更多关于巴齐尔和塞巴斯蒂安所做实验的信息。