為什麼耳機線從口袋裡拿出來後總是纏繞在一起?


這是統計物理的基本問題。個人不喜歡用能量守恆或者熵增原理這種萬物必然符合的東西來解釋某一具體問題,覺得這好像在打發人。所以還是示範性地從統計物理來考慮

一根硬的直棒,無論你放多少次,出來都是直的。線的柔軟特性使得它容易混亂地盤曲。
1. 長而柔軟的線可取的構象(configuration)數目非常大
一根柔軟的線,能夠自在地取非常彎曲的構象(非常大的曲率,非常小的半徑),所以假如它足夠常的話,可以彎很多次(很多個彎)。每個彎,它都未必是儘可能彎曲(曲率可大可小,也可以不彎),也未必只往一個方向(可取360度全方位)。所以,長而柔軟的線,總共可取的構象數是非常大的,你就當是天文數字吧。
2. 不同構象之間沒有誰比誰優先
因為一條長線可以成好多次彎,每次彎曲率多大,向哪個方向,都可以重新決定。不同決定之間也沒有什麼優先次序,因此是隨機決定的,多次這樣隨機決定的彎曲,想恰好形成某種規律的機律是很小的。

如何解決這個問題?
所要解決的問題是一定長度的線形物,如何減少其自在時的混亂程度(不去人為纏繞,或經過長期搖晃)?
一種可能的想法是讓它變硬,不能曲很彎的構象。這樣做的後果就是每個彎曲的半徑很大,一條東西取不了幾個彎,這樣,可取的構象數就會大降。但同時的後果就是整團東西所劃的體積會增大很多。極端的情況就是零個彎——一根直棒,它所劃的體積就非常大。

另一種可能的想法——也是實際人們設計產品的思路——就是讓這條線固定只能彎向一個方向,曲率也固定不變。這樣,它只能取一種構象,就是繞成一個圓,半徑是所規定曲率的倒數。但是這在材料加工上需要很高的技巧,成本上考慮未必適用於生產耳機線。

科學研究中類似的問題是聚合物鏈的問題:
聚合物鏈是很長的分子鏈,重複單元可到幾千甚至幾萬。所以聚合物鏈的最平衡狀態(無擾狀態)是一個無規線團(random coil),而不會是一條直線。

關於那篇PNAS論文:
論文研究的是打結機率。我覺得,給定構象數,打結機率就可以定了,不需要重新統計鏈構象。


我認為松鼠會的回答把主要難點一筆帶過,結果什麼都沒說。

這裡有個本科生的工作,搞笑諾貝爾獎成果,在美國國家科學院院刊上發表,靠譜多了
http://www.pnas.org/content/104/42/16432.full
http://www.youtube.com/watch?v=lNWEuMJCMEk
我認為方向正確,試圖結合扭結理論和統計物理,但只起了個頭。

推薦大家閱讀研究一下,這個期刊是「開源」的。
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讀了@孫尉翔 的答案,我明確一下我眼中的難點:
大家都認可這是隨機行走,那麼如何描述耳機線構象?構象間的躍遷函數是什麼?
迴避這兩個問題,定性描述大家都會。

下面介紹 PNAS 的做法(仍是粗讀)。
這位同學提出了解決第一個問題的方案:
他使用數學的紐結理論,用交叉的類型和數目來對構型做分類。

他沒有能解決第二個問題,但是做了大量實驗,收集到一些有趣的數據:
他觀察到交叉數目隨耳機線長度的增長是 1-exp(-ax) 的形式,會飽和,即超過一定長度後不會更亂。

他提議了其他數學工具,包括給扭結定義 」能量「 等。
另外,我認為他擺放線的方式非常好,使得扭結形成的過程可以簡化。


這個問題怎麼被解釋得這麼複雜,我也算是念過書的人,愣沒法完整讀完所有答案。
其實耳機問題很簡單,因為耳機除了線以外有3個質量密度更高的頭,兩個耳塞加耳機插頭。
這3個構件和線在人體運動過程中運動軌跡有明顯差異,導致3個構件會在線圈中來回遊動而造成纏繞。
其實你拿一副耳機和一團普通的線分別放到兩個口袋,正常活動2個小時候比較下就知道了


提供一個偽科學思路:
如果把耳機的各段分開看成不同的點,那麼在耳機放在口袋中,隨人體運動的過程中,由於摩擦,重力等原因,這些點都在做不同方向和距離的無規則運動,從統計學意義上講,最後這些點的位置與初始位置應該都是沒有必然聯繫的,是混亂的狀態。那麼將這些點再連接起來,最後就看到耳機線被各種纏繞,亂七八糟。


見過有用熵增原理解釋的


因為自然運動的規律就是變得混亂均勻。耳機線在口袋裡隨著人的運動而產生運動,然後就「混亂均勻」了。


熵增加是宇宙的本質,宇宙里熵永不減少,這是個不可逆的過程。

不同熵力有共同的特點,傾向於將更基本的自由度變得更混亂。
不論將手機線整理得多整齊,放進 袋子里,再拿出來就亂了,永遠不會一堆亂線進去拿出來變整齊,因為宇宙本質就是混亂的。

媽!

我說了這麼多,你明白嗎,房間這麼亂真的不是我的錯啊~


拼著被摺疊也要扯一下題外話…

記得近年某本科普書里某個問題是,
「為什麼刷牙時總有一塊牙膏掉出來。」大概是這樣。
書里解釋了壓強、面積……

但我只想說,下次刷牙少擠點兒……
電視廣告里每次都是擠滿牙刷面,那是為了賣牙膏啊,孩子,
其實擠三分之一就已經能刷飽了。

耳機線現象,是講解「熵」會提到的典型例子。
如果樓主是為了普及熵理論就算了,
但我還是想說,可以用硬線耳機,或者放在包里時隨手繞一下,生活會簡單很多。

有個人經常摔東西,心理醫生A建議他做一些訓練,來改變性格,
心理醫生B則告訴他,這是你少年時代受虐待的結果,不要責怪自己。
結果他不再看心理醫生A,但在每次摔東西後,會去找心理醫生B消除罪惡感。

所以科學經常被用來做尷尬的事情,就是讓我們繼續在錯誤的道路上自以為是。
我相信科學家們拼死拼活,絕不是為了這個。

關於熵理論有個普遍的理解是,宇宙的本質是混亂的。
精確說應該是:如果沒有外力介入,宇宙萬物的自然傾向是越來越混亂。
然而大到星系小到粒子,一切能夠井然有序,這是非常奇妙的事情。
這就引出了智能設計理論:無序是局部的暫時,一切有序是終極方向。


這是跟化學知識有關的問題,前面的回答沒一個回答到點上,還在裝懂。耳機外緣是由有機物聚乙烯構成,所有原子不在同一直線,當我們弄成一團時,就自然兒然的會纏在一起。


這個問題,當年松鼠會在小崔說事上的回答等於啥都沒說。定性說的話:
如果不考慮線的剛性,可以說是纏繞狀態的位形(configuration)數目最多,也就是熵極大原理。
如果考慮線的剛性,也就是說線比較抗彎的話,彈性勢能和熵互相競爭抵抗達到平衡,對應亥姆霍茲自由能極小。


是時候放出這張圖了!!


因為音樂的小精靈們太燥動了,她們完全停不下來,即使在口袋裡也要蹦蹦跳跳的。


耳機外的塑料一般是聚乙稀,由於聚乙稀是聚合物,有螺旋狀結構。到宏觀上表現就會有纏在一起的樣子。


所以我正在研究如何用耳機做鞋帶,這樣就可以自動系起來了。


統計學原理。你設線拿出來是整齊的所有可能是X,設拿出來是亂的所有可能是Y。你想想Y有多少X有多少。


這個問題能被回答這麼多,我也是感受到知乎和百度百科是不一樣的


我說的直白一點吧!
線團成一團放起來,線被別的東西(裝線的包等等)碰到,會動!會亂動!碰第一次,線位置變了但是這次變得很規整,沒交叉。第二次碰,就把第一次的位置又改變了,這一次有交叉了。第三次碰,之前的交叉沒打開呢,這次又多了一個交叉。第四第五。。線被無意碰到時變亂的概率比變整齊大得多。 不知道這是不是所說的熵


反問:為什麼耳機線放口袋裡不會打十幾個結?
.
*打結=線的一頭扎進一個圈中
*在口袋裡就只有【扎進】和 【不扎進】兩個選項。
*軟質耳機隨便放口袋裡必然形成不少的圈。
*這麼多個圈,【扎不扎進圈】這個事情會進行多次。
*【扎】或【不扎】的概率是差不多的。
*所以總有兩三個圈會發生【扎】
*【扎】只要發生了,在你看來就是打結了

但實際上這個事情就像拋硬幣。
拋十次,【全是正面】或【全是反面】都是極少發生的
對應耳機線的【打了十個結】和【完全沒打結】,都是小概率事件。

而【打結】這個事件包涵了打一個結/打兩個結/打三個結/打四個結/打五個結/打六個結/打七個結/打八個結/打九個結/打十個結。 (這樣舉例我其實也不容易)
這麼多個情況與【一個結都不打】來比,其實根本不公平。


所以這個問題其實是偽命題。
就像在問 「為什麼拋多次硬幣總是不能全部反面」


既然是耳機線,那麼就提一下耳機線的特殊之處。
耳機線有3個端頭,任何兩個端頭之間都有可能打結,因此打結的概率是普通線的3倍以上,而且即使沒有打結地纏在一起(將三個端頭在一個平面里隨意運動,之後固定端頭,線也是能解開的),暴力拉線也要花更大的力氣,而且也往往無法三個端頭一起拉


網上有個繞耳機線的方法,我一直用的,可以解決你的蛋疼問題,BTW,佩服連這問題都能答出來的,我看答案去了


有那麼麻煩嗎!像這樣,把耳機纏成一個圈,再放進口袋裡,絕對不會打結!


弄個小袋子裝起來不就可以了嗎?
我真是搞不懂你們這些技術宅啊


你買魔聲的麵條就不會有這個問題了


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