怎麼把義大利麵折兩半?困擾諾貝爾獎得主的難題有解

by:徽徽
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你有沒有試過把乾的義大利麵折成兩半?是不是老是失敗、斷成好幾截呢?美國諾貝爾物理學獎得主費曼也和你有一樣的困擾,不過,現在這個謎題有解了!

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你有試過把一根乾的義大利麵折成兩半嗎?

Photo: John Jones

握著兩端對半折,但是......

不知道你有沒有試過,拿起一根乾的義大利麵,握住兩端將它折斷?許多人以為,乾義大利麵會乾淨地斷成兩截,然而,實際上這根義大利麵會斷成好多截,連美國諾貝爾物理學獎得主費曼(Richard Feynman)都為此困擾許久。

先扭再折,就能斷乾淨!

而現在,兩名美國麻省理工學院的研究生找到了成功讓義大利麵能斷成兩半的方法:先扭再折!

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圖為美國物理學家費曼,極富盛名的他因為義大利麵沒辦法乾淨地折成兩半而煩惱。

Photo: Tamiko Thiel

回到義大利麵之夜

回溯這個困擾美國物理學家費曼的問題,可以倒轉到某天晚上,費曼在家中準備和美國發明家希利斯(Danny Hillis)一起煮義大利麵時,發現怎麼做就是無法好好把乾義大利麵折成兩半,往往一根義大利麵都會斷成好幾截,碎屑噴向各個角落。

成為科學界未解之謎

美國發明家希利斯回憶道:「為什麼義大利麵會斷成三截?我們接下來兩個小時都在研究箇中原理。」然而,兩個小時過去了,費曼和希利斯對想出來的理論都不滿意,這也就成了科學界未解的謎題之一。

在YouTube頻道「Smarter Every Day」中,主持人用超級慢動作紀錄下了乾義大利麵被從兩端對折的過程,可以看到義大利麵會斷成好幾截,而不是乾淨的兩段。

「回彈效應」搞得鬼

一直到 2005年,來自法國的科學家奧多利(Basile Audoly)和努克可(Sebastien Neukirch)終於解開了謎底,並且靠著提出的理論獲得了 2006年的搞笑諾貝爾物理獎(Ig Nobel prize)。他們提出的解釋是這樣的:

當一個又長又薄的物體被從兩端同時施壓時,這個力量會讓物體產生「回彈效應」(snap-back effect)——當物體斷成兩半的同時,斷裂處產生的力量在傳遞的過程中又會造成該物體其他區域也斷裂。

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海瑟與帕蒂爾的研究看似不太正經,然而卻可以應用在其他像義大利麵一樣又長又脆的東西上。

Photo: Deva Darshan

要怎麼折才能變兩半?

延續法國科學家的理論,美國麻省理工研究生海瑟(Ronald Heisser)和帕蒂爾(Vishal Patil)發現了可以讓乾義大利麵完美折成兩段的方法。

設計折義大利麵機器

首先,海瑟和帕蒂爾設計了一台專門來折義大利麵的機器,並且拍攝每一根義大利麵被從兩端折斷的過程,再透過旋轉角度的不同來看看怎麼樣才可以讓義大利麵斷成兩半。

解法:先扭一圈再對折

最後,海瑟和帕蒂爾發現,如果先把義大利麵扭到將近 360度再對折,就可以斷成乾淨的兩段。這是因為義大利麵被扭一圈的「扭力波」比折義大利麵的「彎曲波」傳遞的速度更快,這讓「扭力波」能預先抵銷原本會造成義大利麵斷成好幾截的餘波,讓義大利麵能乾淨地斷成兩半。

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除了最常見的義大利麵,研究人員也想要試試看不同造型的義大利麵是否也能夠善用同樣的原理斷成兩半。

Photo: freeimage4life

雖然研究看似不正經......

雖然,這個折義大利麵的研究乍看之下不太正經,但帕蒂爾表示,他們的研究結果可以應用在控制許多物質斷裂的過程,這個過程常常被認為是隨機又混亂、難以精準控制的。

應用在又長又脆的物體

不只如此,帕蒂爾補充到,他們的研究可以應用在其他像義大利麵一樣又長又脆的東西,舉例來說,像是撐竿跳用的竿子就能用同樣的方法折成兩半。海瑟與帕蒂爾也把他們的研究發表在《美國國家科學院院刊》上。

上線時間:2018/09/11
增修時間:2018/09/11  修正內文


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參考資料:
01 CAN YOU SNAP SPAGHETTI IN TWO? MATHEMATICIANS SOLVE AGE-OLD MYSTERY
02 This spaghetti-breaking problem stumped physicist Richard Feynman. Two MIT students have now solved it.
03 Solved: The Spaghetti Physics Problem That Stumped Richard Feynman