一串珠子从罐子中跃出，呈弧形，然后落到地板上，这种喷泉般的运动困扰了全世界数百万人，因为它表现出明显的违反重力的行为。现在物理学家认为他们找到了解释。而且这远非直观。
英国科学节目主持人史蒂夫·莫尔德制作了这个实验，使其名声大噪，他的视频在互联网上疯传，他将这种现象简单地解释为惯性的一种表现：下落的链条具有向下的动量，导致离开罐子的珠子产生向上的动量。反过来，这使得它们在重力能够缓慢地逆转其动量之前就跳跃起来。
莫尔德的解释很聪明，但剑桥大学的物理学家约翰·比金斯说，这是错误的。比金斯说，如果惯性是造成喷泉流动的原因，那么链条会在曲线的顶部保持静止，就像抛向空中的球在其最高点是静止的一样。“如果那是真的，那就意味着链条会在顶部区域堆积起来，但我们没有看到这种情况，”他补充道。
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比金斯和他的剑桥同事马克·华纳说，解释上升的唯一方法是链条从它被拉出的罐子中获得了一个推动力。这不仅挑战了莫尔德给出的解释，也挑战了传统的链条数学。
严格的规律
作者们在《英国皇家学会学报A辑》上发表的成果表明，链条更像是一系列短而刚性的“杆”，而不是一根柔性绝缘珠链。在他们的模型中，每根杆由三个珠子和两个连接器组成。杆的尺寸对应于将链条的一部分自身反转 180 度所需的珠子数量（需要六个）。
比金斯说，用向上的力从罐子中拿起一根杆会导致两件事发生。它使杆抬起，但也导致它旋转。他说，未被拾起的一端向下推，罐子提供了一个反作用力。“在这些运动下，杆的远端实际上会向下，因此会向下推。 这就产生了来自罐子的额外推动力，从而驱动了喷泉。”
他说，如果没有额外的推动力，链条仍然会流到地板上，但它会在没有形成喷泉的情况下从烧杯的侧面流下来。 这两人预测，使用由小而重的珠子和绳子制成的链条进行的实验不会产生喷泉，因为这些链条是独立拾取的，并且不像杆一样运动。“实验完全证实了这一点，”比金斯说（见下方视频）。
弗吉尼亚理工大学的机械师詹姆斯·汉纳说：“这是一篇简洁的文章”，他曾处理过水平链条中的类似问题。他说，这种解释是合理的，但可能不是全部真相。 尽管比金斯和沃德认为，其他横向力（由罐中链条的配置引起）也可能在起作用，但他们最终预测，从给定高度掉落的链条会产生高度稳定的喷泉，他说。 他补充说，真实世界的视频显示，链条的行为远非稳定。 “我没有 100% 确信存在稳态。 我很想看到一个真正漫长的实验，用一英里长的链条。 但我想这不太可行，”他补充道。
比金斯和华纳最初是在寻找可以作为真实世界问题样本提供给 A-level 学生的物理难题时开始研究喷泉问题的。 他们的解决方案受到同样奇怪的发现的启发，即罐子可以提供推动效果，而落到地板上的链条也会经历“吸力”效果。
纽约州伊萨卡康奈尔大学的机械工程师安迪·鲁伊纳和他的同事进行的实验表明，当并排掉落两条链条时——一条掉落在桌子上，一条掉落在自由空间中——掉落在桌子上的链条比掉落在自由空间中的链条掉落得更快。吸力与推动力以相同的方式解释。 比金斯说，当一段链条着陆时，第一个接触表面的末端会受到一个推动力，旋转杆并向下拉另一端。“在我看来，这完全令人震惊。”
本文经《自然》杂志许可转载。 该文章于 2014 年 1 月 15 日首次发表。