滅霸：我要?dú)邕@個宇宙！物理：不，你不行。

撰文 Skin

想創(chuàng)下一項(xiàng)非凡的運(yùn)動記錄嗎？事實(shí)證明，不只是運(yùn)動員，每個人都可以創(chuàng)下這項(xiàng)記錄：只要打個響指就好了！

佐治亞理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表的研究表明，當(dāng)我們打出一個完美的響指時，就會產(chǎn)生在目前人體上觀察到的最大角加速度——160萬°/s2。這個速度，可是要比職業(yè)棒球投手的手臂旋轉(zhuǎn)加速度還要更快。

“在公元前300 年人類就開始打響指了，但是現(xiàn)在才開始對其進(jìn)行科學(xué)研究?！眧 doi.org/10.1098/rsif.2021.0672

在創(chuàng)下世界記錄之前，你可能需要先知道打響指的原理，這樣才能研究出屬于自己的“打響指秘笈”。

當(dāng)我們打響指時，中指和大拇指會擠壓在一起，兩根手指朝相反的方向用力，然后中指將會擊打在大拇指根部的肌肉上。但是，打響指不僅僅需要中指和拇指的參與，而“啪“的一聲也并不是從兩個手指上傳出來的。

在打響指的手勢中，小指、無名指會配合其他手指構(gòu)成一個諧振空腔，而中指和拇指則形成了一個喇叭的形狀。當(dāng)中指擊打肌肉后，空腔內(nèi)的空氣就會反復(fù)震蕩，產(chǎn)生響聲。

因此，想要打出一個清脆響亮的響指，首先要調(diào)節(jié)好手的姿勢，保證手指之間形成空腔。而另外一個“秘笈“，就是要讓拇指和中指之間達(dá)到一個近乎完美的摩擦力。

事情還要從一部電影說起。當(dāng)佐治亞理工學(xué)院的兩名學(xué)生去看了《復(fù)仇者聯(lián)盟：無限戰(zhàn)爭》后，忽然對里面“滅霸打響指“的場面產(chǎn)生了好奇。在電影中，當(dāng)滅霸戴著金屬手套打了個響指后，世界上將會消失一半的生命。

但實(shí)際上，根據(jù)物理學(xué)的原理，滅霸并不能打出那個響指。

滅霸：我寶石都裝了就和我講這個？| Giphy

打響指是一種高速運(yùn)動，其實(shí)并不只是人類掌握了這項(xiàng)高速運(yùn)動的秘訣，**很多生物體都將這種運(yùn)動作為自己的生存技能，**就比如當(dāng)捕蠅草的葉片受到刺激時，會在大約100ms內(nèi)快速閉合。因此，研究者們?yōu)檫@些運(yùn)動開發(fā)了一個通用框架：閂鎖介導(dǎo)的彈簧驅(qū)動系統(tǒng)（Latch-mediated springactuation，LaMSA）。

打響指前，拇指用力按壓中指。中指就像是圖中的彈簧，被按壓時存儲了很大的彈性勢能，而在彈簧忽然松開時，根據(jù)動能定理，中指積累的彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，中指就會加速彈開。

打響指的“彈簧與閂鎖“框架。中指就相當(dāng)于彈簧。| doi.org/10.1098/rsif.2021.0672

當(dāng)中指“彈簧”達(dá)到平衡時，它就會達(dá)到最大速度。研究者們使用4082fps的高速成像才捕捉到了打響指的運(yùn)動過程，他們發(fā)現(xiàn)，打響指這項(xiàng)動作僅需要7ms就能完成。也就是說，它比眨一次眼的時間（150ms）還要再快20多倍。

而這一個響指，正是在7ms的時間內(nèi)達(dá)到了7800°/s的最大旋轉(zhuǎn)速度，以及160萬°/s2的旋轉(zhuǎn)加速度。

另外，在打響指的LaMSA系統(tǒng)中，指間的摩擦力對打響指的速度起到了決定性的作用。

研究者使用不同材料來控制指間的摩擦系數(shù)。為了模擬一雙汗手，他們?yōu)槭种笌狭藵櫥亩‰媸痔?。其次，又用乳膠手套來模擬更大的摩擦系數(shù)的情況。當(dāng)然，為了證明滅霸打不出響指，研究者還給手指戴上了金屬指套。

戴上橡膠指套打響指。| Georgia Tech

數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)汗手讓摩擦力變小，就也隨之減小了打響指前儲存的能量。但令人意外的是，增大摩擦力的橡膠手套也大大降低了打響指的速度，這是由于大摩擦力會使得儲存的能量耗散。

而金屬指套則是讓原本柔軟的指間失去了能夠壓縮的性質(zhì)，也就是讓“彈簧”的彈力大大降低。

完美響指需要恰到好處的皮膚摩擦力和壓縮性。| Wiki

在響指的LaMSA系統(tǒng)中，如果摩擦力過小，前期儲存的能量更?。坏绻^大，那又會阻礙能量釋放。

總而言之，想要打出完美響指，**手指間必須達(dá)到最佳狀態(tài)的摩擦力和壓縮性。**在“恰到好處的”摩擦力區(qū)間中，打響指前會儲存最大的力，打響指時又會減少能量耗散。

所以如果你調(diào)整好姿勢仍然打不出響指的話，不妨擦擦手，讓手指間保持干燥又光滑的完美狀態(tài)。

打響指時，中指的運(yùn)動軌跡。| doi.org/10.1098/rsif.2021.0672

不過，雖然這項(xiàng)研究的靈感來源于滅霸，卻不止這么簡單。這項(xiàng)研究中的模型不僅說明了摩擦力的重要作用，也讓我們開始了解其他生物和我們自己。

許多昆蟲和動物并沒有足夠的肌肉發(fā)力來支持他們的快速運(yùn)動。但是他們卻能夠通過上面提到的“彈簧和閂鎖“模型，先積累彈性勢能，再將其轉(zhuǎn)為動能。一種叫做卡米拉迷猛蟻（Mystrium camillae）的螞蟻正是通過這樣”打響指“的技巧，做出了比眨眼還要快5000倍的上顎運(yùn)動，創(chuàng)造了動物界的世界紀(jì)錄。

卡米拉迷猛蟻的上顎運(yùn)動。雖然看著慢，但這可是在480000fps下拍攝的。事實(shí)上它要比眨眼快5000倍。| doi.org/10.6084/m9.figshare.7375436.v1

而這項(xiàng)研究也為未來的仿生手和假肢領(lǐng)域提供了重要的參考。

不過說起來，除了耍帥、伴奏和被滅霸用來毀滅世界外，打響指真的可以用來做更重要的事情。比如盲人可以通過打響指、彈舌的方式，在未知的環(huán)境中定位自己，識別周圍的環(huán)境。

而在智能時代，研究者們還將打響指作為一種獨(dú)特的生物識別特征，可以代替密碼和指紋來解鎖智能手機(jī)。不過前提是，你首先要學(xué)會打響指的技巧，打出一個會響的響指。

用響指解鎖手機(jī)？有沒有考慮過我們不會打響指星人的心情??！| Pixabay

物理拯救世界！滅霸：我*&%……%**（（&

封面來源：doi.org/10.1098/rsif.2021.0672

參考資料：https://docs.qq.com/doc/DU3VIbld3SmVVS0x4

來源：把科學(xué)帶回家