為了解釋這個難以釋懷的懸念,奧多利和諾伊基希在2005年最終解決了它。他們提出的模型發表在最權威的物理學刊物—《物理評論快報》(Physical Review Letters)上。科普類的刊物隨即對此大幅報道,它們被這個既有趣又充滿悖論,並從物理和數學角度得到了堅實證明的故事所吸引。

如果認為奧多利和諾伊基希隻是在玩小孩子的遊戲,那就大錯特錯了。恰恰相反,他們的研究領域—連續介質的力學—是十分嚴肅的。而且,在今天的物理學研究者中,這個領域比較冷門,大多數人還是更在意基本粒子、宇宙學、貝爾不等式,或者至少是軟物質的研究。然而,這是一門很棒的學科,它結合了對數學的熱愛和對大型計算的技術要求,以及對具體事物的紮實感受。它對於在外力作用下的固體變形現象特別感興趣。它還關心建築物的大梁和混凝土板、船體在負載或壓力的情況下會發生什麼變化;橋梁、高架橋還有大壩如何抵禦各種天氣情況,人們是否能夠預測,在何種條件下結構最終會失效?

有關彈

力的基礎物理思想簡單易懂,可以追溯到17世紀末。它並沒有像物理學的其他領域那樣經曆過概念的革命。我們早就能列出計算彈力的方程式。但是在一個具體情況下解方程,卻給我們帶來了巨大的困難。因為我們必須考慮到係統、大梁或是混凝土板的精確構型,以及該構型的物理和幾何特性,還有它的“邊界條件”,即實際的加固和嵌入方式。這些問題很長時間以來都未得到解決,尤其是涉及斷裂前出現嚴重扭曲變形的狀況。近來,數字計算所取得的最新成就,終於使大梁和銷釘的問題得以解決,重獲新生。

奧多利和諾伊基希就是在這種古典力學和應用數學的雙重文化中培養起來的。奧多利曾在巴黎高等師範學院求學,在該校統計物理學的實驗室完成了他的博士論文。諾伊基希在圖爾市弗朗索瓦-拉伯雷大學完成學業,這所學校以出色的數學和理論物理實驗室而聞名。現在他們都屬於皮埃爾和瑪麗·居裏大學的同一個研究所。他們各自有自己的研究團隊、學生和校外合作。但是,時不時地,一個想法,一項共同的研究計劃,又會將兩人聚在一起,也正是如此,他們一起解決了意大利幹麵條之謎。

用經典的彈力學語言來說,意大利麵就像是麥管、稻草或者略幹的蘆葦,是一種十分脆弱的“莖”,因此當它過於彎曲的時

候,就會折斷。奧多利和諾伊基希有一個精彩的設想,他們認為這一過程不止於此,意大利麵斷裂時在斷點產生的震動,會沿著麵條延伸,在到達麵條的另一端時反射並返回。由於和最初彎折的相互作用,於是會發生局部的過度彎曲,產生新的斷裂。隨後,奧多利和諾伊基希很快將他們的假設轉化為彈力方程式。數字計算的結果顯示,確實產生了波的傳播、相互作用和斷裂這一係列現象。他們在相比於廚房來說條件更好的實驗室中做了各種實驗,用粗細不一的麵條所做的實驗與預設結果完全吻合。

就這樣,奧多利和諾伊基希不僅解決了意大利幹麵條的謎題,也發現了一個對於莖狀物斷裂來說十分普遍的結果,這個結果也可以運用於跳杆、漁線和某些骨折的情況。與人們的直覺相反,這樣的莖稈在第一次斷裂之後,並不會恢複平靜:斷裂帶來的衝擊會產生複雜的動態波動,波動會擴散並且反射,最終使物體斷裂成小碎片,即便人們並沒有繼續觸碰它。

說到這裏,或許讀者們已經迫不及待地想要中斷閱讀,走進廚房,抓起一把意大利幹麵,然後一根根地折斷,從而驗證這一非凡的理論。如果是這樣,那麼不論您從事何種職業,都說明您具有研究精神。請您對此確信不疑。

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這兩名科學家的其他研究,同樣表現出他們巨大的創

造力和學識,同時不乏幽默性。巴西勒·奧多利發表了很多研究,內容豐富、種類齊全,因為他的興趣非常廣泛:從撕扯塑料袋後的裂紋形狀,到洶湧波濤的擴散,還有對線和黏性薄膜的研究。除此之外,他還對頭發產生了濃烈的興趣,並且發現了一個寬廣而出人意料的應用領域:數字繪圖。尤其是在電子遊戲中,這是一個不斷擴張中的市場。事實上,正是由於奧多利的精密計算,人們才能在屏幕上看到女主角們飄逸的長發,此前,受製於軟件的功能,她們隻能梳著整齊固定的發辮或發髻。

塞巴斯蒂安·諾伊基希也不遑多讓。他對環、結、圈和交纏,以及所有能夠交叉、打結、繞圈、纏繞的物品都有著濃厚的興趣。水手和山民們會在他的研究中發現樂趣。這也是數學家們十分偏愛的研究領域,他們已經在現代拓撲學中建立了完整的扭結理論。諾伊基希不但能順利地解決線繩、電纜和攀爬類植物的問題,實際上,他最為轟動的研究成果是關於DNA及其被稱為“絞旋體”(pleème)的奇怪的超結構。雖然這個名詞大家可能不太熟悉,但是它們的形成是一個極為普遍的現象,並且在細胞工程中具有極重要的意義。一段DNA是一個雙螺旋結構,在做任何複製或是轉錄操作之前,必須先將螺旋解開,才能讓攜帶遺傳

信息的堿基進入。有一些酶可以做到這一點;然而,在解開纏繞的兩條螺旋線時,酶傳遞給DNA一個整體的旋轉運動,這一運動使它自身發生扭曲纏繞(這一過程很容易通過一條分成兩股叉的細線重現)。這一超級纏繞隨後必須通過其他酶的作用來修複,否則DNA將無法正常工作。生物學家對這一基本的生命機製十分感興趣。生物物理學家對此也很感興趣,他們可以將DNA片段的一端固定,並將一個帶磁力的微珠粘在另一端,利用一小塊磁鐵使其旋轉,從而生成特定形狀的“絞旋體”。這是微彈力學中一個非凡的領域,讓力學專家們有很大的計算空間。