鞋帶散了，這是日常生活中一件每個(gè)人都會(huì)遭遇的事。但美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校機(jī)械工程學(xué)教授Oliver M. O'Reilly發(fā)現(xiàn)了這件日常小事的奧秘。在教女兒系鞋帶的過程中，O’Reilly突發(fā)奇想，決心研究這個(gè)看似無關(guān)痛癢的科學(xué)問題：為什么鞋帶會(huì)自發(fā)散開？是怎么散的？這是此前無人回答的問題。

英國當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月12日，在期刊《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)A卷》上，他和自己的同事、學(xué)生發(fā)表了關(guān)于“鞋帶散了”的科學(xué)論文。他們的結(jié)論是，鞋帶結(jié)散開是一個(gè)急驟的過程，在跺腳和擺腿兩種行為產(chǎn)生的力交織下，鞋帶結(jié)會(huì)無法預(yù)料地突然全面散開。

為了觀察鞋帶結(jié)是如何松開的，O’Reilly讓實(shí)驗(yàn)者在跑步機(jī)上正常跑步，并拍下慢動(dòng)作視頻，以便放大整個(gè)過程。他們選擇系上了人們最常用的奶奶結(jié)，這同時(shí)也是相對(duì)而言比較容易散開的打結(jié)方式。

慢動(dòng)作視頻作為誠實(shí)的記錄者，一目了然地揭示了鞋帶結(jié)松開的全過程。整個(gè)過程有一個(gè)顯著的分水嶺。起初，實(shí)驗(yàn)者走了很多步，鞋帶結(jié)只是有些微小的變化，研究者將這階段稱為“漸變松動(dòng)期”。而一旦鞋帶結(jié)開始松動(dòng)，鞋帶結(jié)就進(jìn)入“急性潰敗期”，以很快的速度完成散開的驟變。有多快呢？通常是在兩、三步之內(nèi)，每步的時(shí)間大約一秒。

研究人員稱鞋帶結(jié)的散開“往往沒有預(yù)兆，而且是災(zāi)難式的”。

有趣的是，研究人員在實(shí)驗(yàn)者的鞋舌上安置了一臺(tái)儀器，來測(cè)量走路和跑步時(shí)鞋帶結(jié)所承受到的力。結(jié)果顯示，跑步時(shí)，鞋帶結(jié)上的合力要大于過山車時(shí)人所感受到的力，相當(dāng)于施加了7個(gè)重力加速度。什么概念呢？這幾乎等同于一架阿波羅飛船重返地球大氣層時(shí)所承受的重力加速度。

而合力來自兩股力量，一股是腳拍打地面時(shí)垂直方向的力，一股是腿搖擺時(shí)水平方向的力。研究人員指出，只有兩股力“共謀”時(shí)，才能完成解開鞋帶結(jié)的任務(wù)。

那么，鞋帶結(jié)散開到底是一個(gè)什么樣的機(jī)制呢？這和鞋帶自由端的受力情況有很大關(guān)系，鞋帶自由端指的是鞋帶尾部。跑步時(shí)會(huì)跺腳和擺腿，跺腳產(chǎn)生的重力加速度會(huì)使得鞋帶自由端拉伸；擺腿時(shí)則受慣性影響，鞋帶自由端同樣受到拉力。每跑一步，鞋帶結(jié)會(huì)漸漸地、輕微地松開一些，這意味著打結(jié)處的摩擦力在遞減。隨著鞋帶自由端越來越長，拐點(diǎn)來臨，局面失控，鞋帶結(jié)快速散開。

“對(duì)鞋帶結(jié)的這個(gè)機(jī)制來說，比較有意思的是，你可以讓你的鞋帶安好地保持很長一段時(shí)間，但一旦有一個(gè)動(dòng)作讓鞋帶結(jié)開始變松，這會(huì)引發(fā)雪崩效應(yīng)，導(dǎo)致鞋帶結(jié)散掉?！闭撐牡牡诙髡?、加州伯克利分校研究生Christine Gregg說。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，比起人們系鞋帶時(shí)常用的奶奶結(jié)，方形結(jié)會(huì)更不易散開。這在常和結(jié)繩打交道的水手和外科醫(yī)生圈里已經(jīng)是公認(rèn)的。

值得一提的是，這不僅是一個(gè)關(guān)于系鞋帶的命題，它的價(jià)值半徑遠(yuǎn)比這要遠(yuǎn)。如果科學(xué)家能進(jìn)一步破解鞋帶結(jié)之謎，能預(yù)測(cè)鞋帶結(jié)散開的拐點(diǎn)在哪兒，那么，這不僅可以應(yīng)用于外科手術(shù)的縫合打結(jié)，在深海光纜、登山運(yùn)動(dòng)等方面也將發(fā)揮作用。你可能想不到的是，這或許對(duì)研發(fā)抗癌藥物也有裨益。DNA在進(jìn)行自我復(fù)制時(shí)會(huì)解旋、結(jié)合雙鏈，而科學(xué)家們?cè)谔剿?，是否可以借此放緩癌?xì)胞的生長復(fù)制速度。