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别笑,看科学道理

青年文摘 日期:2022-5-10

2012年9月,一年一度的搞笑诺贝尔奖颁奖“典礼”在哈佛大学举行。尽管与会人员也不乏西装革履者,不过满地五颜六色的纸飞机、衣着怪异的工作人员,都让这场“典礼”更像一个“晚会”。

“搞笑诺贝尔奖”设立已经有20多年的历史了,其目的是为了奖励那些“乍看让人发笑,但是随后又发人深省”的研究工作。这些科学家的研究成果都发表在世界顶尖的学术期刊上,并获得了同行乃至企业界的认可。

流体力学奖

获奖者:〔美国〕克雷奇特尼科夫和迈尔

论文:《端着咖啡走路:为什么咖啡会洒出来》

为什么咖啡会洒出来?这是一个“流体力学”问题。36个注释、7幅图表、6处公式这篇发表于2012年4月26日《物理评论E》上的论文,是一个严肃正经的实验研究。

移动任何装满了液体的小型容器,都得小心避免液体从中洒出来。洒或者不洒,除受人自身走路的因素影响外,还牵涉液体晃动的科学;而这又取决于加速度、力矩和力的复杂互动。

研究发现,杯中液体前后的晃动有某种固有频率,这个频率由容器的大小决定。两名研究者表示,普通大小的杯子产生的固有频率恰好符合人走路时双腿摆动的频率这就意味着,在没有外部干扰的情况下,走路本身就会让咖啡晃荡起来;即使走路频率的微小改变,也会增强咖啡的震荡,增加泼溅几率。翻译成大白话就是:只要你走路,咖啡就会晃;你要是走得不匀速,咖啡就会溅出来。

好吧,这个结论似乎没提供什么新鲜信息。那么,怎样才能防止咖啡洒出来呢?减小加速度;保持咖啡液面和杯口之间适当的距离至少要是杯子直径的1/8,通常来说,就是1厘米;走路的时候盯着自己的杯子。

通俗地说,就是:走慢点,少倒点,悠着点。

英国研究液体晃动的数学家特纳认为,尽管给出的建议没什么新意,但是研究者建立的数学模型还是很有用处的,可以让科学家在不用真的造出这些杯子的情况下,研究不同的杯子设计。特纳还说:“这个研究也可以给杯子生产厂商以启示比如他们可以在杯内画上一条‘警戒线’,以减小咖啡溅出的几率。”

心理学奖

获奖者:〔荷兰〕伊尔兰德、扎万、瓜达卢普

论文:《身体左倾会让埃菲尔铁塔看起来更小》

在颁奖现场摆放着一张桌子,上面放着一个埃菲尔铁塔的模型。5名诺贝尔奖得主亲自上阵,排成一列站在桌子前进行观察。随着一声发号“往左斜”,5名科学家均配合地将身体左倾,来验证如何看会使埃菲尔铁塔显得更小。

参加实验的志愿者们被要求站在平衡踏板上回答问题,通过控制和调整被测试者的压力中心,就可以在不知不觉中改变被测试者的姿势;一旦被测试者偏离压力中心,屏幕上就会弹出警告信息提醒他们“注意姿势”。

为了让志愿者们意识不到自己的身体有所倾斜,屏幕会持续告诉他们保持直立;而事实上,研究者在左侧和右侧的传感器上设定了2%的重量偏差,让他们在不知不觉中身体右倾或左倾这种倾斜幅度极其细微,人们一般意识不到。

结果显示,身体左倾的人对所有数字的估计都比身体右倾或者直立的人要小。研究者认为,出现这种情况可能是因为人们会把头脑中的数字按照从左到右、从小到大的顺序进行排列,当人们需要对某件事情做出数值上的判断时,他们会从记忆中提取一个数字。当人们身体左倾的时候,更容易回忆数值偏小的东西。

所以,“一定是我的姿势不对”,这句网络上的搞笑用语,有了华丽的科学依据。

物理学奖

获奖者:〔美国〕凯勒、戈尔茨坦,〔英国〕沃伦、罗宾

论文:《马尾辫的形状和头发纤维束的统计物理学》

一群大老爷们将兴趣点放在了女人的马尾辫上。在论文中,研究者写道:“马尾辫是什么形状的?考虑到平均每人有10万根头发,即使只有一部分头发扎在一起成为马尾辫,其数量也极其庞大这是统计物理学中的难题。”

剑桥大学的戈尔茨坦研究复杂物理体系,他和同事们一直想要确定这么一件事情马尾辫的形状能不能从单单一根头发的性质推导出来。在一系列令人眼花缭乱的字母和计算式之后,研究者认为,头发的关键参数包括弹性、密度和卷曲度,这些性质决定了一根头发的弹性有多好;另一个不容忽略的因素则是头发的长度。科学家得出了一个非常简单的描述马尾形状的公式,他们给这个公式起了一个颇有童话气息的名字“长发公主”指数。

长发公主指数低的马尾辫,会呈扇状散开;而长发公主指数高的马尾辫,重力大于头发之间的弹力,会柔顺地垂下。相关领域人士表示,他们的研究也许可以帮助业界生产更好的洗发、护发产品,也有助于计算机动画产业更好地描绘人物的头发。

斯坦福大学的数学家凯勒为了弄清楚马尾辫的运动原理,一头扎入了数学建模和机械实验中。他认为,马尾辫像是一个行为颇有规律的系统,但是它明明由数以万计个纤维丝组成,每一个与另一个之间都有相互作用的弹力。对于数学建模来说,最麻烦的问题就是“多对象问题”。不过,在物理的帮助下,现在这个多对象问题已经成为“一系列简单的公式”。于是,这位可爱的数学家解开了慢跑者马尾辫左右晃动的秘密。