一串珠子從罐子中躍出，呈弧形，然後落到地板上，這種噴泉般的運動困擾了全世界數百萬人，因為它表現出明顯的違反重力的行為。現在物理學家認為他們找到了解釋。而且這遠非直觀。
英國科學節目主持人史蒂夫·莫爾德製作了這個實驗，使其名聲大噪，他的影片在網際網路上瘋傳，他將這種現象簡單地解釋為慣性的一種表現：下落的鏈條具有向下的動量，導致離開罐子的珠子產生向上的動量。反過來，這使得它們在重力能夠緩慢地逆轉其動量之前就跳躍起來。
莫爾德的解釋很聰明，但劍橋大學的物理學家約翰·比金斯說，這是錯誤的。比金斯說，如果慣性是造成噴泉流動的原因，那麼鏈條會在曲線的頂部保持靜止，就像拋向空中的球在其最高點是靜止的一樣。“如果那是真的，那就意味著鏈條會在頂部區域堆積起來，但我們沒有看到這種情況，”他補充道。
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比金斯和他的劍橋同事馬克·華納說，解釋上升的唯一方法是鏈條從它被拉出的罐子中獲得了一個推動力。這不僅挑戰了莫爾德給出的解釋，也挑戰了傳統的鏈條數學。
嚴格的規律
作者們在《英國皇家學會學報A輯》上發表的成果表明，鏈條更像是一系列短而剛性的“杆”，而不是一根柔性絕緣珠鏈。在他們的模型中，每根杆由三個珠子和兩個聯結器組成。杆的尺寸對應於將鏈條的一部分自身反轉 180 度所需的珠子數量（需要六個）。
比金斯說，用向上的力從罐子中拿起一根杆會導致兩件事發生。它使杆抬起，但也導致它旋轉。他說，未被拾起的一端向下推，罐子提供了一個反作用力。“在這些運動下，杆的遠端實際上會向下，因此會向下推。 這就產生了來自罐子的額外推動力，從而驅動了噴泉。”
他說，如果沒有額外的推動力，鏈條仍然會流到地板上，但它會在沒有形成噴泉的情況下從燒杯的側面流下來。 這兩人預測，使用由小而重的珠子和繩子製成的鏈條進行的實驗不會產生噴泉，因為這些鏈條是獨立拾取的，並且不像杆一樣運動。“實驗完全證實了這一點，”比金斯說（見下方影片）。
弗吉尼亞理工大學的機械師詹姆斯·漢納說：“這是一篇簡潔的文章”，他曾處理過水平鏈條中的類似問題。他說，這種解釋是合理的，但可能不是全部真相。 儘管比金斯和沃德認為，其他橫向力（由罐中鏈條的配置引起）也可能在起作用，但他們最終預測，從給定高度掉落的鏈條會產生高度穩定的噴泉，他說。 他補充說，真實世界的影片顯示，鏈條的行為遠非穩定。 “我沒有 100% 確信存在穩態。 我很想看到一個真正漫長的實驗，用一英里長的鏈條。 但我想這不太可行，”他補充道。
比金斯和華納最初是在尋找可以作為真實世界問題樣本提供給 A-level 學生的物理難題時開始研究噴泉問題的。 他們的解決方案受到同樣奇怪的發現的啟發，即罐子可以提供推動效果，而落到地板上的鏈條也會經歷“吸力”效果。
紐約州伊薩卡康奈爾大學的機械工程師安迪·魯伊納和他的同事進行的實驗表明，當並排掉落兩條鏈條時——一條掉落在桌子上，一條掉落在自由空間中——掉落在桌子上的鏈條比掉落在自由空間中的鏈條掉落得更快。吸力與推動力以相同的方式解釋。 比金斯說，當一段鏈條著陸時，第一個接觸表面的末端會受到一個推動力，旋轉杆並向下拉另一端。“在我看來，這完全令人震驚。”
本文經《自然》雜誌許可轉載。 該文章於 2014 年 1 月 15 日首次發表。