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波士頓— 現代物理學中最棘手的問題之一終於被解決了。研究人員設計了一個理論模型來描述馬尾辮的形狀。
馬尾辮看起來可能是一個相對簡單的物體，但實際上它是一個物理複雜性的集合。多種力在起作用。每根頭髮都是有彈性的，具有隨機的內在曲率。劍橋大學應用數學與理論物理系教授雷蒙德·戈爾茨坦表示，普通人頭上的頭髮有 5 萬到 10 萬根。
戈爾茨坦在本週的美國物理學會會議上介紹了他的馬尾辮研究，他和他在聯合利華以及英國華威大學的同事於 2 月 13 日在《物理評論快報》上發表了一篇關於他們發現的論文。
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塑造馬尾辮的一些主要力量是彈性、重力、張力和壓力。戈爾茨坦和他的同事發現，最後這個特性來自單根纖維的曲率，物理學家由此推匯出了所謂的頭髮狀態方程。類似的概念在 65 多年前應用於羊毛可壓縮性的研究中。
在戈爾茨坦和他的同事設計的數值模型中，物理力的推拉作用在馬尾辮的不同位置發生變化。在根部附近，膨脹壓力和彈性占主導地位。超過幾釐米後，形狀主要取決於壓力和馬尾辮的重量。
除了揭示馬尾辮理論之外，戈爾茨坦和他的同事還在物理學詞彙中添加了一個新術語。他們用“長髮公主數”來描述馬尾辮的大小，這個單位等於馬尾辮的總長度（釐米）除以五。戈爾茨坦說，五釐米大約是重力不會使頭髮彎曲太多的長度尺度。
為了測試他們的模型，研究人員預測了各種頭髮長度的馬尾辮形狀，並將它們與真實情況進行了比較。他們從 25 釐米的馬尾辮開始，然後每次剪掉 5 釐米，以測量形狀如何隨長度變化。“我們取真實的馬尾辮並修剪它們，”戈爾茨坦說。“我們減少長髮公主數。”
那麼，宏大的統一馬尾辮理論在它的理髮測試中表現如何？ “答案是，我們做得相當不錯，”戈爾茨坦報告說。