「弹指」的速度到底有多快?物理学研究揭秘:只要0.007秒!

人体的哪个部位做起特定动作时会最快呢?

如果你的回答是「眨眼」,那就错了,虽然文学上的确是以「一眨眼」、「一瞬间」来形容速度很快或是时间很短暂……但答案是手指。(喂,想到奇怪的方面的人,自己去墙角罚站!)

除了「一眨眼」、「一瞬间」之外,类似的词还有一个:「一弹指间」。

答案就是「弹指」这个动作。

「弹指」仅耗时0.007秒,比眨眼还快20倍!

科学家发现,拇指跟中指互相卡住的「集气」时间不算,从中指开始动,到中指打到手掌的拇指指根处,算是一次弹指,历时只有 7 毫秒,也就是 0.007 秒,而眨一次眼睛的时间是 150 毫秒。也就是说,「一瞬间」的时间比「一弹指」长了 20 倍。

人类从很久以前就会做这个动作,古代经常是乐师或是舞者用来打拍子,维持音乐或舞蹈的节奏。例如一个希腊时代的壶,上面就有牧羊神潘恩一边跳舞一边弹指的图画。在武侠小说的世界中,「弹指」也是很厉害而且极具魅力的招数,像是古龙的「楚留香」,金庸的「黄药师」。

近年来最有名的弹指,当然就是「复仇者联盟」中,一弹就可以消灭全宇宙半数生命的「萨诺斯的弹指」。在 2018 年的「无限之战」上映时,电影院中坐着一个男人:乔治亚理工学院(Georgia Tech)的 Saad Bhamla教授。

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一弹就可以消灭全宇宙半数生命的「萨诺斯的弹指」。

利用4千fps的高速摄影,探究「弹指动力学」!

回到研究室中的教授,跟研究生讨论电影剧情时,发生了争论,因为教授认为「萨诺斯戴上看起来是金属材质的无限手套后,摩擦力太小无法弹指」。理由是,在「聚气」的过程中,拇指与中指之间必须有足够的摩擦与弹性,才能累积足够的能量,然后在弹指发动的那一刻(我本来要写「瞬间」,不过瞬间慢了 20 倍,太久了)把弹力位能释放出来。金属材质的话,摩擦力不够,一下子就滑开了。

于是Bhamla教授跟学生就决定对「弹指的动力学」展开研究,他们利用每秒可以拍摄 4082 幅的高速摄影机拍下弹指的连续动作,发现此过程中,中指的运动是以指根为轴的转动,其「角速度」可以达到每秒 7800 度,一个圆周是 360 度,也就是每秒 22 转——当然中指不会真的转圈圈,大约转 54 度,不到 1/6 圈就被手掌挡住了。

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(a) 古希腊的壶上面有牧羊神潘恩弹指的图画,公元前 320-310 年。(b)在不同时刻拍摄到的中指指尖连续动作的合成照片。(c) 由下而上,力、角加速度、角速度、转动角度对时间的关系。(d) 弹指连续动作图。

由于从静止加速到每秒 7800 度、再减速到静止的整个过程只花了 7 毫秒的时间,瞬间「角加速度」高达 160 万度每秒平方,实在是非常惊人的数字。

他们也戴上不同材质的指套进行实验,其中一个是金属制的「顶针」(裁缝师傅用的指套,用来保护手指不被刺伤,上面有许多小凹槽,也可以用来推针),戴上这个东西后,果然就因为摩擦力不足无法打响弹指。但也不是摩擦力越大越好,乳胶指套因为摩擦力太大,蓄积的能量一下子就被热能耗散掉了,也快不起来。

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研究团队所建立的理论模型,蓝色为拇指(推压中指),绿色为中指(蓄积能量的弹力系统)。

所以这个研究的结论是:「萨诺斯你演错了!无限手套不能用金属制品啦!」

拍电影要小心,不要被物理学家抓包……

这个研究,于 2021 年 11 月 17 日发布在英国皇家学会的《Journal of the Royal Society Interface》期刊。

附带一提,虽然「人类的弹指」看起来已经很厉害,不过比起「吸血鬼蚂蚁」(Dracula ant)的下颚还差得远,角速度可以达到每秒 2 亿 4 千万度(每秒 67 万转),角加速度更高达 15000 兆度每秒平方,这个数字真是难以想象是生物能做到的动作……

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