文 | Adam Mann 翻譯 | 沈持盈

有件事似乎無所不在：你把手伸到包包里拿出你的耳機，但是無論之前你把耳機纏得如何整齊，耳機線總是會結成一個十分混亂的結。

除了Netflix的讓人莫名其妙的流媒體加載技術和Facebook對用戶的情緒控制實驗之外，繞線耳機也應該算反現(xiàn)代科技的一個存在。但是除非我們能發(fā)明一種比較好的無線輻射技術用于通過空氣介質來連接我們所鐘愛的電子設備，否則我們只能繼續(xù)忍受這個問題了。

或者我們能用科學予以還擊。近年來，物理學家和數(shù)學家一直在反復研究有線耳機的纏繞問題。通過實驗，科學家們發(fā)現(xiàn)有許多途徑能夠解釋繩結科學。2007年，美國加利福尼亞大學的研究員在盒子里放置了許多線繩并搖晃盒子，以觀察研究為什么耳機線在你的包里隨便纏繞亂作一團的原因。他們的論文，“上下擺動的線繩能自然地打結”也解釋了為什么隨意的搖動總能讓線繩打結，而不是有其他動作。

長而松散的線繩能隨機形成許多形狀。一條線繩能被拉成直線，當然也也能從中間開始交錯盤桓。實際上，當線繩自己纏繞起來之后，就能形成各種不同的形狀，而這也為線繩亂纏亂繞甚至打結創(chuàng)造了一個潛在的契機。只要有幾根這種不同形狀的線繩互相交結在一起，那么線繩胡亂打結的幾率將會大大提高。一旦出現(xiàn)了一個結，那么再把它解開就很困難了，甚至是不可能的。因此，自然而然地，一條線繩就總會比較容易打結。

人類用線繩捆系東西的習慣已經(jīng)維持上千年，因此數(shù)學家們長久以來研究繩結的理論這事情一點也不稀奇。但是直到諸如開爾文男爵和詹姆斯·克拉克·麥克斯韋利用原子建模描述以太（一種假象的無所不在的光波傳播介質）介質中的漩渦流的19世紀，這一領域才有所突破。物理學家們發(fā)現(xiàn)了這種類似繩結的球棍原子模型的一些有趣的性質，并找來他們的數(shù)學家朋友在細節(jié)上予以他們幫助。數(shù)學家們說：“行，這還真挺有趣，我們來幫你們吧?！?/p>

現(xiàn)在，150年過去了，物理學家早就拋棄了以太介質理論和球棍原子模型。但是數(shù)學家卻創(chuàng)造了一個被稱為“扭結理論”的分支學科，來描述繩結的一些數(shù)學特性。數(shù)學中對于繩結的定義是一個線繩自己纏繞且兩端需要捻合起來，保證繩結無法被解開。根據(jù)這一定義，數(shù)學家將繩結分為了不同的種類。比如說，當一條線繩自己纏繞三次后，只能形成一種繩結，被稱為三葉結。同樣，纏繞四次也只能形成一種繩結，叫做八字結。數(shù)學家證明出了被稱為“瓊斯多項式”的一系列公式用以定義每一種繩結。一直以來，扭結理論在數(shù)學領域仍然是某種充滿奧秘的分支學科。

2007年，物理學家Douglas Smith和他當時的本科同學Dorian Raymer決定將扭結理論應用到真實的線繩中去。在一次使用中，他們在盒子里放置一條線繩并搖晃10分鐘。Raymer以不同長度和不同軟硬度的的繩子、不同尺寸的盒子、以及不同的搖晃頻率重復了三千次。

他們發(fā)現(xiàn)，一根線繩在快速搖晃后打結的概率會達到50%。而且，這也與線繩的長度有很大的關系。比較短的繩子——少于一個半英尺——一般不會打結。越長的線繩，打結的可能性就越大。但是這一概率隨繩結變長到一定程度就停止了。超過5英尺的繩子在盒子里就會無計可施。

Raymer和Smith也利用數(shù)學家推算出的瓊斯不等式給所形成的繩結分了類，每次搖晃之后，他們都會給線繩拍一張照片并將照片上傳至一個用于給繩結分類的電腦算法程序中。扭結理論對于少于等于7個結的初級繩結給予14種分類。然而二人還發(fā)現(xiàn)了更加復雜的繩結，有些繩結竟然高達11個結。

研究員們創(chuàng)造了一個模型用以解釋他們的觀測結果。為了適應盒子，線繩必須要以一種卷曲的姿態(tài)待在其中，這意味著繩子末端與繩子的不同部分會平行排放。隨著盒子晃動，繩子末端有充分的機會上下翻滾并與繩子中段的諸多部分相遇。如果搖晃了充足時間，繩子末端就會與繩子中部纏繞在一起，從而形成不同的繩結。

這些實驗所要解決的最重要的問題就是，如何讓繩子保持不纏繞不打結。一種能夠降低繩子打結幾率的方法就是在盒子里放置一些比較硬的繩子。也許這也是積極進取的蘋果公司最近幾代的筆記本電腦電源線不那么容易纏繞的原因。這也解釋了，為什么圣誕樹上又細又長的彩燈線總是打結，而電涌抑制器那粗短堅硬的電線卻相對來說不那么容易亂。

更小的容器體積也是防止打結的妙招之一。小盒子將較長的線繩緊緊束縛住，從而阻止了線繩上下移動并打結。而這可能也是為什么臍帶很少打結的原因（在新生兒中僅有1%的發(fā)生幾率）：母親的子宮空間太小了，臍帶難以互相纏繞。最后，以更快的速度搖動盒子也可以防止線繩打結，因為繩子受到離心力的作用會被固定在盒子邊緣，從而無法纏繞打結。在現(xiàn)實生活中，也許你要么走到哪兒都快速地翻攪著你的口袋，要么就得買一些比較小口袋的衣服了。（來自：譯言，原文來自：WIRED）