首页 理论教育 绳结背后的数学

绳结背后的数学

时间:2022-02-14 理论教育 版权反馈
【摘要】:像线绳这样柔韧的长物之所以会缠成结,背后有着数学上的原因。事实上,2007年,加州大学圣迭戈分校的两位物理学家针对这一问题发表了一篇研究论文。在他们的研究中,加州大学圣迭戈分校的研究者将不同长度的线绳放入一个电动旋转箱中,搅拌十秒钟,然后用数学中的纽结理论分析最后缠成的结,试图从中找出对应每种纽结的数学公式。

数学概念:纽结理论

你把手伸进口袋或者背包,想拿出耳塞,却发现它已经缠成了一个解不开的结;你把放在地下室的浇水管子找出来,却发现它缠成了一个结;你打开阁楼上装着圣诞彩灯的箱子,却发现这些彩灯已经缠成了一个线球———这些都是现代生活中令人烦恼的事。为什么不管我们千防万防,生活中还是有这么多东西会自己缠成结呢?

像线绳这样柔韧的长物之所以会缠成结,背后有着数学上的原因。事实上,2007年,加州大学圣迭戈分校的两位物理学家针对这一问题发表了一篇研究论文。大体上,只有在几种情况下,捆在一起的线绳才不会缠成结,例如,线绳始终保持平行,绝不相互接触或相交,但在很多情况下,线绳都会开始打结。实际上,线绳缠成结只需要几秒钟,这是因为它的一端穿过了它的另一部分,这个时候,它就很容易和其他部分缠绕在一起。

在他们的研究中,加州大学圣迭戈分校的研究者将不同长度的线绳放入一个电动旋转箱中,搅拌十秒钟,然后用数学中的纽结理论分析最后缠成的结,试图从中找出对应每种纽结的数学公式(即琼斯多项式,纽结理论根据交点数对纽结进行分类)。他们发现,约96%的纽结是“素纽结”,即交点数最少(3~11个)的纽结。他们还发现,长度小于半米时,线绳越短,纽结越少;长度达到2~6米时,缠成结的概率迅速变大,最大为50%;超过这个长度后,这一概率没有显著变大。

所以,下次咒骂缠成结的耳塞线之前,不妨先享受一下这背后的数学乐趣。

防打结装置

缠成结的手机线衍生出一个新行业。过去,当人们还依赖固定电话时,发明家发明出了各种防打结装置,从能360°旋转的部件到能插入线圈的管状物,都是为了预防本章第一段提到的那些令人烦恼的事。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈