为什么耳机总是缠绕打结

有件事似乎无所不在：你把手伸到包包里拿出你的耳机,但是无论之前你把耳机缠得如何整齐,耳机线总是会结成一个十分混乱的结.我们可能会继续忍受这个问题.

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近年来,物理学家和数学家一直在反复研究有线耳机的缠绕问题.通过实验,科学家们发现有许多途径能够解释绳结科学.2007年,美国加利福尼亚大学的研究员在盒子里放置了许多线绳并摇晃盒子,以观察研究为什么耳机线在你的包里随便缠绕乱作一团的原因.他们的论文,“上下摆动的线绳能自然地打结”也解释了为什么随意的摇动总能让线绳打结,而不是有其他动作.

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数学家将绳结分为了不同的种类.比如说,当一条线绳自己缠绕三次后,只能形成一种绳结,被称为三叶结.同样,缠绕四次也只能形成一种绳结,叫做八字结.数学家证明出了被称为“琼斯多项式”的一系列公式用以定义每一种绳结.结理论在数学领域曾一直是某种充满奥秘的分支学科

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2007年,物理学家Douglas Smith和他当时的本科同学Dorian Raymer决定将扭结理论应用到真实的线绳中去.在一次使用中,他们在盒子里放置一条线绳并摇晃10分钟.Raymer以不同长度和不同软硬度的的绳子、不同尺寸的盒子、以及不同的摇晃频率重复了三千次.

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他们发现,一根线绳在快速摇晃后打结的概率会达到50%.而且,这也与线绳的长度有很大的关系.比较短的绳子——少于一个半英尺——一般不会打结.越长的线绳,打结的可能性就越大.但是这一概率随绳结变长到一定程度就停止了.超过5英尺的绳子在盒子里就会无计可施.

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Raymer和Smith也利用数学家推算出的琼斯多项式给所形成的绳结分了类,每次摇晃之后,他们都会给线绳拍一张照片并将照片上传至一个用于给绳结分类的电脑算法程序中.扭结理论对于少于等于7个结的初级绳结给予14种分类.然而二人还发现了更加复杂的绳结,有些绳结竟然高达11个结.

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研究员们创造了一个模型用以解释他们的观测结果.为了适应盒子,线绳必须要以一种卷曲的姿态待在其中,这意味着绳子末端与绳子的不同部分会平行排放.随着盒子晃动,绳子末端有充分的机会上下翻滚并与绳子中段的诸多部分相遇.如果摇晃了充足时间,绳子末端就会与绳子中部缠绕在一起,从而形成不同的绳结.

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这些实验所要解决的最重要的问题就是,如何让绳子保持不缠绕不打结.一种能够降低绳子打结几率的方法就是在绕线盒里放置一些比较硬的绳子.

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更小的容器体积也是防止打结的妙招之一.小盒子将较长的线绳紧紧束缚住,从而阻止了线绳上下移动并打结.