別笑，看科學(xué)道理

張蓋倫

9月20日晚，一年一度的搞笑諾貝爾獎（Lg Nobel Prize）頒獎“典禮”在哈佛大學(xué)桑德斯劇場舉行。盡管與會人員也不乏西裝革履者，不過滿地五顏六色的紙飛機、衣著怪異的工作人員還有現(xiàn)場時不時爆出的觀眾哄笑，都讓這場“儀式”更像一個“party”。

“搞笑諾貝爾”已經(jīng)有22年的歷史，其目的是為了獎勵那些“乍看起來讓人發(fā)笑，但是隨后發(fā)人深省”的研究工作。翻看歷屆獲獎名單，會發(fā)現(xiàn)各種看上去匪夷所思的研究。比如，2012年的獲獎?wù)邆冐暙I(xiàn)——為什么慢跑時馬尾辮會左右晃動？怎么走路咖啡才不會灑出來？黑猩猩如何辨認(rèn)它的同類……

咳咳，別笑！這群科學(xué)家們絕對能自豪地舉起“獎杯”，因為他們的研究成果都發(fā)表在世界頂尖的學(xué)術(shù)期刊上，獲得了同行，乃至企業(yè)界的認(rèn)可。閱讀他們一篇又一篇超專業(yè)的論文，大笑之余，不得不對他們的科學(xué)專業(yè)勁兒肅然起敬。

流體力學(xué)獎

獲獎?wù)撸好绹?克雷奇特尼科夫（Rouslan Krechetnikov）和 邁爾（Hans Mayer）

論文：《端著咖啡走路：為什么咖啡會灑出來？》（Walking with coffee： Why does it spill？）

期刊：《物理評論E》

是的，為什么咖啡會灑出來，這是一個“流體力學(xué)”問題。36個注釋，7幅圖表，6處公式——這篇發(fā)表于2012年4月26日《物理評論E》上的論文，是一個嚴(yán)肅正經(jīng)的實驗研究。

我們每個人都知道，移動任何裝滿了液體的小型容器都得小心，以避免液體從中灑出?！暗菫槭裁茨兀俊眱擅茖W(xué)家進行實驗和測量之后告訴我們，這事兒，很復(fù)雜。灑，或者不灑，除人自身走路因素影響外，還牽涉液體晃動的科學(xué)；而這，又取決于加速度、力矩和力的復(fù)雜互動。

在研究中，科學(xué)家讓被試拿著盛有咖啡的杯子，以不同的速度走直線。志愿者或?qū)⒆⒁饬Ψ旁诒由?，小心翼翼防止灑出；或目視前方只管走就行。攝像機會以每秒100幀的速度記錄下人的動作和杯子的軌跡；杯子上的一個微型傳感器會實時記錄溢出情況。

研究發(fā)現(xiàn)，杯中液體前后的晃動有某種固有頻率，這頻率由容器大小決定。兩名研究者表示，普通大小杯子產(chǎn)生的固有頻率恰好符合人走路時雙腿擺動的頻率——這就意味著，在沒有外部干擾的情況下，走路本身就會讓咖啡晃蕩起來；即使是走路頻率的微小改變，也會增強咖啡的震蕩，提高潑濺幾率。翻譯成大白話就是說，只要你走路，咖啡就會晃；你要是走的不勻速，咖啡就會濺出來。

好吧，這個結(jié)論似乎沒提供什么新鮮信息。那么，重頭戲來了，怎樣才能防止咖啡灑出來呢？ 減小加速度； 保持咖啡液面和杯口適當(dāng)?shù)木嚯x——至少要是杯子直徑的八分之一，通常來說，就是一厘米； 走路的時候盯著自己的杯子。

通俗來說，就是：走慢點；少倒點；悠著點。

這一人民群眾自發(fā)在生活實踐中總結(jié)出來的規(guī)律，被兩位美國科學(xué)家嚴(yán)格地加以證明了。英國研究液體晃動的數(shù)學(xué)家特納則認(rèn)為，盡管給出的建議沒什么新意，但是研究者建立的數(shù)學(xué)模型是很有用處的，可以讓科學(xué)家在不用真的造出這些杯子的情況下，研究不同的杯子設(shè)計。特納還說，這個研究也可以給杯子生產(chǎn)廠商以啟示——比如他們可以在杯內(nèi)畫上一條“警戒線”，以減小咖啡濺出幾率。

心理學(xué)獎

獲獎?wù)撸汉商m 伊爾蘭德（Anita Eerland）；扎萬（ Rolf Zwaan）；瓜達(dá)盧普（Tulio Guadalupe）

論文：《身體左傾會讓埃菲爾鐵塔看起來更小》（Leaning to the Left Makes the Eiffel Tower Seem Smaller）

期刊：《心理科學(xué)》

盡管是三個人的研究成果，但只有瓜達(dá)盧普一人來到了頒獎現(xiàn)場。他掏出了伊爾蘭德和扎萬的合照，兩人馬上將在荷蘭結(jié)婚，無暇前來美國領(lǐng)獎。頒獎現(xiàn)場拖上來了一張桌子，上面放著一座埃菲爾鐵塔的模型。五名諾貝爾獎得主親自上陣，排成一列站在桌子前進行觀察。隨著一聲發(fā)號“往左斜”，五名科學(xué)家均配合地將身體左傾，來驗證如何看會使埃菲爾鐵塔更小。

改變姿勢，就能影響判斷。這看似荒誕的結(jié)論，被一對伉儷科學(xué)家以游戲的形式加以驗證。參加實驗的志愿者被要求站在平衡踏板上回答問題，通過控制和調(diào)整被試的壓力中心，就可以在不知不覺中改變被試的姿勢；一旦被試偏離壓力中心，屏幕上就會彈出警告信息提醒參加實驗的志愿者“注意姿勢”。

為了讓志愿者意識不到自己的身體有所傾斜，屏幕會持續(xù)告訴志愿者他們保持直立；而事實上，研究者在左側(cè)和右側(cè)的傳感器上設(shè)定了2%的重量偏差，讓志愿者在不知不覺間身體右傾或左傾；這種傾斜幅度極其細(xì)微，人們一般意識不到。

研究人員要求被試回答一系列他們可能并不清楚的問題，比如埃菲爾鐵塔有多高，城市人口數(shù)量有多少等等；或者是限定一個范圍，要求被試在1到10之間給出一個數(shù)字作為答案。結(jié)果顯示，在“亂蒙”的情況下，身體左傾的被試對所有數(shù)字的估計都比身體右傾或者直立的人要小，甚至估計的埃菲爾鐵塔的高度都要比右傾組平均矮12米。研究者估計，出現(xiàn)這種情況可能是因為人們會把頭腦中的數(shù)字按照從左到右從小到大的順序進行排列，當(dāng)人們需要對某件事情做出數(shù)值上的判斷時，他們會從記憶中提取一個數(shù)字。

簡單來說，在不清楚埃菲爾鐵塔高度的情況下，該如何進行估計呢？可能我們會先回憶一個好像跟埃菲爾鐵塔高度差不多的建筑，然后再進行推算。當(dāng)人們身體左傾的時候，更容易回憶數(shù)值偏小的東西。所以，“一定是我的姿勢不對”，這句網(wǎng)絡(luò)上的搞笑用語，有了華麗麗的科學(xué)依據(jù)。

物理學(xué)獎

獲獎?wù)撸好绹?凱勒（Joseph Keller）；戈爾茨坦（Raymond Goldstein）；英國 沃倫（Patrick Warren）；羅賓（Robin Ball）

論文：《馬尾辮的形狀及頭發(fā)纖維束的統(tǒng)計物理學(xué)》（Shape of a Ponytail and the Statistical Physics of Hair Fiber Bundles）

期刊：《物理評論快報》

一群沒有馬尾辮的大老爺們將興趣點放在了女人的馬尾辮上?；蛟S靈感來自于他們?nèi)粘Ｉ钪械挠^察。在論文中，研究者言辭懇切地寫道：“直到現(xiàn)在，我們對這個可能是最簡單的問題都沒有答案——馬尾辮是什么形狀的？考慮到平均每人有100000根頭發(fā)，即使只有一部分頭發(fā)扎在一起成為馬尾辮，其數(shù)量也極其龐大——這是統(tǒng)計物理學(xué)中的難題?！?/p>

劍橋大學(xué)的戈爾茨坦研究復(fù)雜物理體系，這一撮毛發(fā)就成為他和同事們的研究對象。他們一直想要確定這么一件事情——馬尾辮的形狀能不能從單單一根頭發(fā)的性質(zhì)推導(dǎo)出來。在一系列令人眼花繚亂的字母和計算式之后，研究者認(rèn)為，頭發(fā)的關(guān)鍵參數(shù)包括彈性、密度和卷曲度。這些性質(zhì)決定了一根頭發(fā)的彈性有多好；另一個不容忽略的因素則是頭發(fā)的長度。科學(xué)家得出了一個非常簡單的描述馬尾形狀的公式，他們給這個公式起了個頗有童話氣息的名字——“長發(fā)公主”指數(shù)。

長發(fā)公主指數(shù)低的馬尾，會呈扇狀散開；而長發(fā)公主指數(shù)高的馬尾，重力大于頭發(fā)之間的彈力，會柔順地垂下?！敖Y(jié)果這么簡單，我們都震驚了！”觀眾默默地表示，我們也震驚了。戈爾茨坦曾在接受采訪時說，莫名其妙的，一群禿頭的中年男人圍坐一起，突然發(fā)現(xiàn)馬尾辮里蘊藏著這么多奇妙的物理學(xué)原理。相關(guān)領(lǐng)域人士表示，他們的研究也許可以幫助業(yè)界生產(chǎn)更好的洗發(fā)護發(fā)產(chǎn)品，也有助于計算機動畫產(chǎn)業(yè)更好地描繪人物的頭發(fā)。

研究馬尾的同仁可真是不少。斯坦福大學(xué)的數(shù)學(xué)家凱勒為了弄清楚馬尾辮的運動原理，一頭扎入了數(shù)學(xué)建模和機械實驗中去。他認(rèn)為，馬尾辮像是一個行為頗有規(guī)律的系統(tǒng)，但是它明明由數(shù)以萬計單個的纖維絲組成，每一個與另一個之間都有相互作用的彈力。對于數(shù)學(xué)建模來說，最麻煩的問題就是“多對象問題”。不過，在物理的幫助下，現(xiàn)在這個多對象問題已經(jīng)成為“一系列簡單的公式”。于是，這位可愛的數(shù)學(xué)家解開了慢跑者馬尾辮左右晃動的秘密。

責(zé)任編輯：尹穎堯