为什么我的鞋带总是系不住？科学家们正在努力寻找答案。

奥利弗·奥莱利 (Oliver O'Reilly) 面临着一个困扰我们大多数人的困境。

“我的鞋带一直有问题——它们总是松开，”他告诉 PopSci。“我一直不明白为什么会发生这种情况。”

加州大学伯克利分校机械工程学教授奥莱利对打出更好的结不感兴趣——至少现在还不感兴趣。他和他的同事克里斯托弗·戴利-戴蒙德和克里斯汀·格雷格只是想了解这种无休止的鞋带烦恼背后的机制。他们的研究结果今天发表在《皇家学会学报 A》上。

根据他们的研究结果，当你的脚踩到地面时，不良的鞋带结会承受巨大的力量——有时甚至高达重力的七倍，即 7gs——这会使鞋带结的形状变形。同时，当你的脚摆动时，鞋带的拍打动作会增加额外的力量。这些力量结合起来，很容易让你的鞋带从系好到解开。

“我们从同事那里借了一台高速运动摄像机，”奥莱利说。“克里斯汀（格雷格，这项研究的合著者）穿上跑鞋，在跑步机上跑步——慢动作视频讲述了它自己的故事。你真的可以看到鞋带松开。”

这项研究凸显了高速摄像机在科学研究中日益增长的优势。奥莱利喜欢开发数学模型，并针对机械或物理系统进行分析。他指着一个叫做欧拉盘的玩具，它本质上是一个在镜面上旋转的圆盘。当圆盘失去能量时，镜子开始振动——然后圆盘升起。

“你可以为此开发一个模型，”奥莱利说，“但如果你用高速摄像机观察它，或者甚至用 iPhone 慢动作观察它，你实际上可以看到镜面被磁盘振动时的波动。你可以看到那些你通常看不到的效果，你可以说，‘哦，我需要将这些包括在我开发的任何系统模型中。’”

科学家对物理系统了解得越多，数学模型就越好，他们就越能更好地模拟新事物——也许有一天，一个结会一直打着，直到我们告诉它松开。

研究人员还将系有不同结的鞋带放在摆锤上，系统地测试哪些结比较结实（即不易松开），哪些结比较脆弱。有些结比其他结更结实，但所有结最终都会松开。

奥莱利强调，这只是一个开始，而不是一个结局。结失败的物理机制——也就是，是什么让结比弱结更耐用——仍然没有得到很好的理解。而结的更广泛的物理机制，或者当你对结施加不同的力时会发生什么，仍然是一个谜。

从表面上看，理解绳结似乎不是什么大问题。毕竟，人们总是可以穿便鞋的。

但结有更广泛的应用。

“当你谈论打结结构时，如果你能开始理解鞋带，那么你可以将其应用于其他在动态力下失效的东西，如 DNA 或微结构，”这项研究的合著者、伯克利大学研究生克里斯托弗·戴利-戴蒙德 (Christopher Daily-Diamond) 在一份声明中说。“这是了解为什么某些结比其他结更好的第一步，而这实际上还没有人做到过。”

同样，鞋带以外的其他场合也会用到绳结——有时甚至会造成致命的后果。你只要看看帆船上的索具，或者剧院椽子上悬挂的沉重灯光，就能明白一个错误的绳结会如何夺去一个人的生命。当然，还有手术。

奥莱利说：“了解施加在结上的力将如何影响结，对于缝合线和手术结来说非常重要。”

目前，缝合线要经过严格的测试——医生和研究人员将缝合线打结并摆弄直至其断裂——以向外科医生展示哪种线和结的组合能够经受住长时间的考验。

“外科医生能够用有效时间如此长的缝合线在体内打结，这真是太神奇了，”奥莱利说。“但实际上了解结为何会失效，结本身内部的力是什么，结内部的变形是什么，这是一个非常困难的问题。”