为什么鞋带总是会自己散开

奥莱利遇到了一个也困扰了我们大多数人的问题。“就是我的鞋带老是散开，”他对PopSci说道，“我一直不理解为什么会这样。”

奥莱利，加州大学伯克利分校机械工程系教授，以前对如何把鞋带系一个好“结”并不感兴趣，但现在不一样了，他和他的同事克里斯托弗、克里斯丁也在努力理解鞋带不断散开背后的机制。如今他们的研究结果已发表在《皇家学会报告A》上。

根据结果来看，当你的脚碰到地面时，系的不好的“结”需要很大的力，有时甚至是重力的7倍，这样就分解了结。同时，鞋带随着你的步伐一起拍打摇晃，又增添了额外的力。这些力结合起来，鞋带就很轻松的散了。

“我们从同事那儿借了个高速运镜，”奥莱利说道，“该研究的共同作者克里斯丁穿着跑鞋在跑步机上跑，由慢速镜头记录这一切，你可以清晰的看见鞋带散开的完整过程。”

这项研究也表明高速相机在科学研究领域越来越重要。奥莱利很喜欢研究一些数学模型，然后再从机制和物理系统两方面分析它们。比如欧拉，它是一个在镜面上旋转的磁盘玩具，当磁盘能量耗尽，镜子开始振动，然后磁盘就会飞走。

奥莱利说：“你可以给它建立一个模型，但如果用一台高速摄像机或者甚至手机自带慢镜头观察它的话，其实可以看见磁盘振动镜面时形成的波。

科学家越了解物理系统，数学模型就会越做越好，他们建模新东西时也能获得更多。也许有朝一日，只有我们让这个“结”自己散开它才会散开。

研究员也用不同的打结方式把鞋带系在钟摆上来系统化测试哪些“结”更结实，哪些“结”很弱。有些“结”虽然相比其他更结实，但最后所有的“结”还是散了。

奥莱利强调这只是开始，并不是结局。为什么“结”总是散，究竟是什么使一个结实的“结”变得不结实，这一点还没搞明白。而且关于“结”的更广泛的物理力学，还有当你对它施加不同大小的力时它会变成什么样子，这些其实都还是谜。表面上看，理解“结”似乎没什么大问题，毕竟人可以总是穿一脚蹬。

但“结”有更广泛的应用。“当你说到“结”结构时，如果你能理解鞋带，那你就可以把它的原理应用在其它方面，比如DNA等微观结构，”克里斯丁称，“这是理解为什么某种“结”要比其他“结”更结实的第一步，但没人真正理解过。”

同样，“结”除了用在鞋带上还用在了很多地方，有时会导致十分严重的后果。航行时的帆、剧院椽子上挂着的灯：一个不好的“结”就这样夺走了一条人命。

“知道力是怎样作用于一个“结”对外科手术缝合来说很重要。”奥莱利说。医生和研究员测试缝合很多次，他们打好一个“结”，再用办法把它散开，就是想看看什么线什么结能够结合很好并且持续很久。

“手术能在你的身体内部缝合并打一个能持续很久的“结”真的很神奇，但其实知道为什么“结”会散开，它内部本身的力量、变形是怎么一回事真的很难。”

本文译自 popsci，由 Ayeshanyoga 编辑发布。