【趣味實驗】為物理而創造的義大利麵

■兩位英國物理學家為了研究新的物理現象,決定動手開發新樣品來測試他們的理論。他們為此開發出了一種新型的義大利麵: anelloni。

Credit: Davide Michieletto
Credit: Davide Michieletto

撰文|陳勁豪

無論東西文化有多麼不同,但只要有產小麥的地方大概都有麵條存在。不同地方因為飲食文化的差異性,會產生出各式各樣形狀各異的麵條,但是麵條最基本的形狀大都以長條形為主。不論是細如中國的麵線或是義大利的angle hair,或是義大利麵中寬寬的pappardelle,都是如此。當我們在吃麵的時候,不管是用筷子或是叉子吃麵,原則上都不會遇到麵條揪結在一起的情形。只要我們願意的話,其實可以不太費力的把麵一根一跟挑出來吃掉(只是同桌用餐的人可能會覺得你怪怪的)。

這個一根一根的麵條不會相互打結在一起的現象基本上可以繼續延伸:只要是一堆兩頭鬆開的線段,在自然混合的狀況下都不會打結。而如果把線段的兩頭接在一起,使線段變成一個環,那麼這些環在自然混合的狀態下,比較容易糾纏在一起而分不開。這個簡單的現象其實很早就為人所知,但是卻沒有多少人去研究這其中的道理。

因此,英國University of Warwick的Davide Michieletto跟Matthew S Turner決定來做個簡單的實驗。他們創造了一種叫做anelloni的義大利麵。anello是戒指的義大利文,所以anelloni顧名思義,是一個環形的義大利麵。他們的材料很簡單,用兩個雞蛋跟兩百克的麵粉,他們可以煮出一大碗的anelloni。這一大堆環狀的anelloni放在碗裡,很快的就糾結在一起,不太容易一次取出一條(或是一圈)義大利麵。

當然Michieletto跟Turner真正的興趣不是煮義大利麵,而是研究這種特殊形狀的聚合物的性質。他們透過電腦模擬發現,這種環狀的聚合物如果環的長度越大,那麼便越可能跟其他類似結構的聚合物糾結在一起,最後甚至可能綁的太緊而動彈不得,成為另一種新的物質形態,稱為「拓樸玻璃(topological glass)」。

一般的玻璃在高溫的時候會像液體一樣流動,但是當溫度降低的時候便會逐漸轉變成固體,同時保留它在液態時的無序結構。而拓樸玻璃的固體液體間變化除了跟溫度有關之外,同時也跟環的長度有關,等於是添加了另一個控制結構的方式。

在他們對拓樸玻璃有更進一步的認識之前,他們起碼確定了一件事:吃一碗用anelloni做成的義大利麵的時候,整碗麵幾乎保證會打結纏在一起。

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相關報導: 2014/12/01: Physicists create new kind of pasta to explain mysterious, ring-shaped polymers
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作者:陳勁豪 科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位,研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。

 

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