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人类马尾辫中头发的运动及受力平衡 精选

已有 18451 次阅读 2012-9-29 21:05 |系统分类:观点评述|关键词:学者| 科学家, 平衡, 马尾辫

2012搞笑nobel物理奖授予了美国研究人员Joseph Keller 和Raymond Goldstein以及英国科学家Patrick Warren和Robin Ball,他们的研究题目是"人类马尾辫中头发的运动及受力平衡", 这篇文章发表在Phys. Rev. Lett. 108, 078101 (2012)。对于做物理的人都知道, 这算物理中最权威的杂志了。我曾经听人说过,中国的民科都可以得搞笑nobel奖,这是对搞笑nobel奖精神的的误解。搞笑nobel奖不仅要搞笑/有趣,而且要有科学,这也算是西方人特有的幽默吧。

搞笑诺贝尔奖(The Ig Nobel Prizes)是在美国举行的一项年度奖项,是对诺贝尔奖的搞笑模仿,其主要奖励那些“不同寻常”或者“细碎”的科学研究成果。之所以设立这个奖项,其目的是为了奖励那些“乍看起来让人发笑,但是随后发人深省”的研究工作。

下面我们说这个工作为什么可以发表在物理最好的杂志上,为什么让人深思。 我说说我读了这篇文章的感受。

1. 辫子我们天天见到。把上万根头发绞在一起,我们会看到随着一个人的走动,辫子会做不同的运动,但是主要是左右摆动。这么多头发放在一起,这种行为到底是如何通过个体行为体现出来的? 有很多因素可以影响它的运动,比如重力,头发的弹性,头发的粗细,空气阻力,人的运动速度,头发头发之间的相互作用等等。看起来再简单不过的问题,其实我们并不知道如何回答。科学家可以很好地回答单根头发的行为,但是 面对如此多的头发,该如何做? 用什么方法来研究它? 不知道。 因为它是一个多体问题,不是一个单体问题。

2. 经典力学的行为,还是统计力学的行为? 我们很多人也许会认为这是一个经典力学的行为,也就是说所有的运动规律都是确定性的,可以完全预测的。对于单根头发确实如此,但是对于大量的头发,就不一定对了。这篇文章了不起的地方是研究其统计规律,非常棒的思想突破。

3. 作者把辫子做了一个近似,把它当作一个连续介质模型,于是建立起了一套连续方程。利用这套方程,作者可以给出一些解析的结果。这是非常漂亮的处理手法。

解决人头发的运动其实没有任何意义,但是提供了一个新思维,这是这篇文章最有价值的地方。我们日常中的很多问题其实比书本上的要复杂得多,如果利用书本知识建立模型,解决日常生活中遇到的问题,一直是我们所努力的。这篇文章是一个很好的例子,民科是绝对做不出来的。这篇文章为处理类似复杂问题提供了新思维,其实再复杂不过的系统,也有简单的规律。



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