麻省理工学院研究人员通过扭转机制精确控制意大利面断裂

一个长期困扰烹饪界与物理学界的难题——干燥意大利面条在弯折时为何倾向于碎裂成多段而非整齐断成两截——现已获得解决。这一现象曾吸引了诺贝尔物理学奖得主理查德·费曼的关注，他在1988年与计算机科学家丹尼·希利斯进行的实验中未能得出明确的理论解释。 尽管法国物理学家在2005年提出了一个解释多段断裂的理论模型，该模型阐述了初始断裂如何引发“回弹效应”并导致后续断裂，并因此获得2006年的搞笑诺贝尔奖，但如何精确控制面条仅断裂为两截的核心问题仍悬而未决。

麻省理工学院（MIT）的研究团队，成员包括Jörn Dunkel、Ronald Heisser和Vishal Patil，通过严谨的实验和数学建模，最终确定了实现精确两段断裂的操作规程，其成果发表于《美国国家科学院院刊》。研究人员利用定制的精密仪器，对Barilla No. 5和No. 7型号的数百根意大利面条进行弯曲和扭转，并以高达每秒一百万帧的速率进行高速摄影记录，以捕捉断裂过程中的瞬态动力学。

MIT团队得出的关键结论指出，在缓慢弯折之前，对意大利面条施加大约270度至360度的扭转，可以有效抑制导致多段断裂的振动。这种扭转操作通过两种主要效应中和了能量：首先，它削弱了初始断裂后的“回弹效应”，即面条恢复笔直的倾向；其次，扭转产生了“反扭转效应”，释放了部分累积的能量，从而阻止了次级断裂的形成。

这项研究将一个日常现象提升至应用物理学的严谨探讨范畴。研究人员指出，在日常烹饪中精确重现270至360度的扭转角度具有相当的操作难度。然而，其理论框架对于理解和控制其他杆状材料，如多纤维结构、工程纳米管或细胞内的微管的裂纹形成和断裂级联具有重要的指导意义。例如，对扭转运动力学的深入理解，有助于工程师在结构失效分析中，对地震中梁和杆件的断裂点进行更精确的建模。

此外，实验还发现弯折速度影响断裂节数，较慢的速度更有利于断裂成两段。研究对比了不同面食，发现中式挂面更容易被折成两段，这表明面条的实际几何形状差异也会影响其断裂行为。该项工作体现了先进科学方法应用于看似微不足道的现象时所能产生的深刻洞察力，并为材料科学的跨学科研究开辟了新的视角。