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審核專家：羅會(huì)仟 中國(guó)科學(xué)院物理研究所副研究員

某個(gè)美好的一天，當(dāng)你突然心血來潮想從口袋里掏出耳機(jī)聽聽音樂時(shí)，不出意外總是會(huì)發(fā)現(xiàn)，耳機(jī)線不知道什么時(shí)候又纏在一起了！

同樣是線，電源線、數(shù)據(jù)線放在包里面，就很少打結(jié)，憑什么耳機(jī)線那么容易打結(jié)呢？莫非口袋里有個(gè)小妖精，天天蹲在你的口袋里等著給耳機(jī)線打結(jié)？

什么把耳機(jī)線纏到了一起？來了解扭結(jié)理論

紐結(jié)，顧名思義就是一根首尾相接的打了結(jié)的繩子，其中可能有扭曲的交點(diǎn)。至于紐結(jié)理論（Knot theory） 是拓?fù)鋵W(xué)的一個(gè)分支，研究紐結(jié)的拓?fù)鋵W(xué)特性。在扭結(jié)理論中，素紐結(jié)（Prime knot）是指不能分解的非平凡紐結(jié)。

所有交叉數(shù)少于或等于7的素紐結(jié)。

每一種素紐結(jié)主要是用交叉數(shù)來標(biāo)記，交叉數(shù)相同的素紐結(jié)可以用不同的下標(biāo)進(jìn)一步分辨。

來源丨維基百科

紐結(jié)理論是個(gè)研究如何把若干個(gè)圓環(huán)嵌入到三維實(shí)歐氏空間中去的數(shù)學(xué)分支。它研究的對(duì)象必須是曲線,而且是三維空間中的曲線，因此我們可以把耳機(jī)線打結(jié)的問題歸到紐結(jié)理論中來。在紐結(jié)理論中，如果一個(gè)結(jié)可以在不分離兩個(gè)端點(diǎn)的情況下轉(zhuǎn)換成另一個(gè)結(jié)，則認(rèn)為轉(zhuǎn)換前和轉(zhuǎn)換后的這兩個(gè)結(jié)是等價(jià)的。

早在2007年，物理學(xué)家道格拉斯·史密斯（Douglas E.Smith）與本科學(xué)生道林·雷默（Dorian Raymer）就已經(jīng)研究了把紐結(jié)理論應(yīng)用于繩子打結(jié)的可行性，他們還因此獲得了搞笑諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)獎(jiǎng)。

實(shí)驗(yàn)人員把不同長(zhǎng)度、軟硬的繩子裝在透明的盒子里，并用各種速度旋轉(zhuǎn)盒子，進(jìn)行了3415次實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，軟的繩子更容易打結(jié)——從我們的日常生活體驗(yàn)中可以知道，軟的繩子，像毛線、針線這些，隨便捏一捏都能變成一團(tuán)結(jié)。相比之下，電源線、數(shù)據(jù)線又粗又硬，就很難形成像耳機(jī)線那樣復(fù)雜的結(jié)。

實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)，一根不到46厘米長(zhǎng)的繩子在被密封在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的盒子里一段時(shí)間后，幾乎不會(huì)打結(jié)。但從46厘米增加到150厘米之間，結(jié)形成的概率會(huì)急劇上升。如果繩子的長(zhǎng)度超過這個(gè)長(zhǎng)度，打結(jié)的概率就基本穩(wěn)定在了50%。

打結(jié)概率-繩子長(zhǎng)度(m)

來源丨sciencealert

不妨測(cè)量一下你的耳機(jī)線，你會(huì)發(fā)現(xiàn)它大概就是150厘米長(zhǎng)。從上圖可知，豎軸表示打結(jié)的概率，橫軸表示繩子長(zhǎng)度；140厘米就是1.4米，橫軸的1.4對(duì)應(yīng)豎軸的0.4到0.5之間某個(gè)數(shù)，所以我們可以看出它“最少”有差不多50%的概率打結(jié)。為什么說是“最少”呢？因?yàn)榭梢园讯鷻C(jī)線當(dāng)成是Y字形的繩子，其中有三條線，且兩端的耳機(jī)重量比耳機(jī)線重，容易把耳機(jī)線帶動(dòng)起來，進(jìn)一步增加了耳機(jī)線互相纏繞起來的幾率。

他們還發(fā)現(xiàn)，正方體箱體寬度增加一倍，打結(jié)概率略有增高，但減少箱子寬度的33%會(huì)使打結(jié)概率急劇降低。

最后，這里有一個(gè)示意圖，展示了一根線是如何開始在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的盒子里盤繞起來的。研究表明，繩的一端只需與另一端交叉兩次就能自發(fā)打結(jié):

來源丨sciencealert

這下你大可放心了：這些結(jié)的形成確實(shí)是出于物理原因，而不是因?yàn)槟撤N超自然力量。

如何避免耳機(jī)線纏繞？

從實(shí)驗(yàn)中我們可以總結(jié)出以下結(jié)論：

1. 更柔韌的材料往往更容易打結(jié)。所以如果耳機(jī)線更硬，打結(jié)的幾率就能減少。

2. 耳機(jī)線翻滾得越多，越有可能被纏繞在一起，打結(jié)的可能性就越大。胸前的口袋通常比褲子口袋更小，因此把耳機(jī)放在胸前的口袋里可能比放在褲子口袋里更好。

3. 盒子越大，結(jié)就越多。所以，如果你把耳機(jī)放在小口袋里，而不是大袋子里，耳機(jī)線可能有更少打結(jié)的機(jī)會(huì)。

來源丨pixabay

于是，如果想讓耳機(jī)線不打結(jié)，大家可以試試以下三種方法：

1.捆綁耳機(jī)法：人為地先把耳機(jī)線整齊地纏繞起來，這樣它就不容易亂動(dòng)，也就不容易打起結(jié)來了。

2.露出機(jī)頭法：把耳機(jī)的兩端露出到褲兜外面，只要耳機(jī)頭不在線之間穿梭，光耳機(jī)線自己打圈是不會(huì)形成結(jié)的。

3.收納法：把耳機(jī)線放在一個(gè)專門用來裝耳機(jī)線的小盒子里。

耳機(jī)線打的結(jié)有可能自己解開嗎？

答案是有，但當(dāng)且僅當(dāng)耳機(jī)在振動(dòng)中沿著它打結(jié)的路徑原路返回。然而這個(gè)概率非常小，一般來說，物體更傾向于從有序發(fā)展到無(wú)序。但要從無(wú)序回到有序，則通常需要付出能量的代價(jià)。

也就是說，打結(jié)是比解結(jié)更穩(wěn)定的結(jié)局，耳機(jī)線自然也就更傾向于“打結(jié)”這個(gè)結(jié)果了。

再看看另一個(gè)角度——耳機(jī)線的外皮通常由TPE材料（熱塑性彈性體）制成，這種材料富有彈性且硬度小，TPE的摩擦系數(shù)與接觸面積的大小無(wú)關(guān)，但它同時(shí)又和硬度有關(guān)，且與其硬度成反比，即當(dāng)TPE硬度增加時(shí)，摩擦系數(shù)會(huì)減小。這意味著當(dāng)耳機(jī)線纏繞在一起時(shí)，由于摩擦力的存在，這些結(jié)就更難自發(fā)解開了。

來源丨pixabay

現(xiàn)在，無(wú)線藍(lán)牙耳機(jī)漸漸成為了人們的新寵，既然沒有線，那也就不存在打結(jié)的煩惱了。

但是話說回來，如果你發(fā)現(xiàn)你的耳機(jī)線打結(jié)了，在心情因此變得暴躁之前，為什么不趁機(jī)花點(diǎn)時(shí)間研究一下這些結(jié)呢？

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