滅霸一個響指毀滅宇宙（拯救宇宙的響指）

2023-04-20 07:03:44 1

文 | 學術頭條，作者 | 吳婷婷，編輯 | 寇建超

「啪！」

在漫威電影《復仇者聯盟》中，大反派 boss 滅霸打一個響指，就能讓地球上一半的人類消失。

那隻嵌滿寶石的無限手套，充滿了神秘力量。

然而，褪去電影的奇幻色彩，戴著金屬手套的滅霸，真能打出響指嗎？

近日，來自喬治亞理工學院的科研團隊及其合作者給出了答案——金屬材質的無限手套可能恰恰讓滅霸打不了這個響指！

他們從這一問題中得到靈感，在認真研究「打響指」背後的物理學機制後發現，打響指時人體會產生目前發現的最高加速度。

研究人員表示，這項研究成果可能對提高假肢仿真設計有所幫助，尤其是在模仿人類手的廣泛功能方面，還可能提高各類機器人系統的操縱能力。

相關研究論文以「The ultrafast snap of a finger is mediated by skin friction」為題，已發表在科學期刊《英國皇家學會界面雜誌》（Journal of The Royal Society Interface）上。

為什麼這麼說？

在本次研究中，喬治亞理工學院化學與生物分子工程學院助理教授 Saad Bhamla 組建了一個專門研究「打響指」的小組。

在看到電影中滅霸戴著金屬手套打出響指時，他們產生質疑：

在裸手打響指時，可能是皮膚摩擦起著重要作用，而由於金屬手套的摩擦特性，滅霸可能根本打不了響指。

首先，他們進行實驗，使用高速成像、自動圖像處理和動態力傳感器，分析了各種打響指的情況。受試者在分別戴上橡膠指套、金屬指套、塗上潤滑劑等情況下開始打響指，並測試出每種情況下的摩擦影響、旋轉速度和旋轉加速度。

圖｜手指被潤滑的橡膠指套（紅色）、丁腈橡膠（綠色）、乳膠橡膠（紫色）和金屬指套（藍色）覆蓋時，摩擦力和速度對比情況（來源：論文）

結果顯示，在戴著金屬指套的情況下，所測得的摩擦力最小，最大旋轉速度也沒有裸手時的速度高。

也就是說，滅霸戴著他的無限手套根本打不出響指！

他們認為，潛在的原因可能在於，金屬套管覆蓋指尖後，打響指時手指的接觸面積減少了，從而導致加速度降低。

「皮膚的壓縮使系統具有更強的容錯能力，」論文作者之一 Challita 說，「減少皮膚的可壓縮性和摩擦力，會讓你更難在手指中建立足夠的力量來打響指。」

那麼，另一個問題來了，是不是摩擦越大打響指就越容易呢？其實，答案是否定的。

從上圖可以看出，增大指尖與橡膠覆蓋物的摩擦，也會降低響指速度和旋轉加速度。

因此，研究人員得出結論，摩擦力也存在一個「適宜範圍」——摩擦太小，沒有足夠的能量來為打響指提供動力；而過多的摩擦會導致能量耗散，因為手指需要更長的時間才能滑過彼此，將儲存的能量以熱量的形式浪費掉。

其實，我們比滅霸厲害多了

不僅如此，科學家們還仔細研究了人類在不戴任何手套時打出的普通響指，並建立了一個通用框架來解釋其背後的機制。

在實驗中，研究人員測量到，裸手打響指的最大旋轉速度可以達到每秒 7800°，旋轉加速度則高達每二次方秒 1600000°。儘管這一旋轉速度值還未達到目前在人類身上觀察到的最快旋轉運動的測量值，但其瞬間加速度卻是迄今為止測量到的最快的人體角加速度，幾乎是職業棒球投手手臂旋轉加速度的三倍。

「第一次看到這個數據時，我簡直從椅子上跳了起來，」Bhamla 說，「手指彈響僅需 7 毫秒，這比眨眼（需要 150 多毫秒）還要快 20 多倍。」

事實上，早在公元前 300 年左右，古希臘藝術中就已經描繪了人類打響指的動作，在此之前，人類很可能已經打響指幾十萬年了。

圖｜（a）公元前 320 年左右的一件陶器，描繪了打響指的畫面；（b）從側面看，打響指時在不同時間點的運動合成圖像；（c）在手腕、指關節和指尖三處進行測量（d）響指運動圖示。

研究人員認為，本次的結果可能為未來的研究提供了多種機會，包括了解人類為什麼天生會打響指。

只有人類才會打響指嗎？

打響指的原理，在聲學中其實叫空腔諧振。

打響指時，大拇指與中指相互擠壓，產生較大的摩擦。為了克服這個摩擦，指部肌肉需要提供很大的力，在兩指錯開時，中指獲得了較大的動量，朝大拇指根部擊打。此時，中指、無名指、大拇指根部三個部分即構成了一個空腔。中指快速壓迫空腔，使空腔內空氣振動，產生清脆的「啪」一聲。

那麼問題來了，只有人類才能打出響指嗎？

實際上，儘管目前只發現人類會打響指，但擁有與人類類似手部結構的動物，理論上都有希望學會打響指。黑猩猩、獼猴等動物就已經會做點讚、「666」之類的動作。

還有一種動物，明明不屬於靈長類動物，但它們也可能擁有打響指的能力——我們的國寶大熊貓。

大熊貓一共有 6 個指頭，用於握住竹子的「拇指」沒有指關節，只有一塊骨頭，生長在真正的拇指外側，因此被稱為偽拇指。

這塊骨頭實際上是一節腕骨特化而來，但卻能像人或猴子一樣靈活方便地抓取東西。因此，大熊貓也可能以「偽拇指」代替我們人類的拇指，打出一個漂亮的響指哦。

不過，大家也不必過於關注哪些動物能打響指，畢竟，還是先搞清楚自己會不會打響指更重要。

參考連結：

https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2021.0672chhttps://www.eurekalert.org/news-releases/934621https://www.youtube.com/watch?v=ycfLurEqmj4&ab_channel=GeorgiaTe,