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重新定义物理学?科学家让球垂直滚动!

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网上如果有人提问:“一个软球能不能在垂直墙面上,靠自己滚下来?”
99.9%的人,包括我,第一反应一定是:你这是在挑战牛顿吧?

但就是有人真做到了,而且还发了顶刊论文。

2025年5月,加拿大滑铁卢大学的研究团队搞了个惊天实验:他们让一个软软的小球,在垂直的墙面上,自动滚动。注意,是,不是掉;是自己滚下来,没有马达、没有电,没有人推,甚至连磁铁都没用。

看到这你是不是觉得:这玩意儿要么是诈骗视频,要么就是空气墙 + “狗拉线”原理。但他们用的是高精度摄像机+标准材料,连一丝风都没有,结果小球就是滚了,虽然平均速度约为1毫米每秒。

这到底是怎么做到的?别急,我们慢慢拆解。

常规物理不能解释的“滚动”

我们都知道,物体要移动,得有力。你让一个球沿斜坡往下滚,是因为有重力分力在推它;你让它在平地上滚,是因为你用手推了它。

那垂直墙面呢?重力的方向是垂直于墙面的,根本没有能让它“顺着墙面”滚动的分量。按教科书,球体要么滑下来,要么贴着不动,绝不可能自己滚

但他们观察到:这个小球从贴上去的第一秒开始,就慢慢开始滚了,哪怕再怎么检查实验装置,就是没有外力参与

所以他们推导出一个结论:这不是经典摩擦力的锅,而是软物质之间的相互作用造成的。

关键点:软 +弹+ 粘,三者缺一不可

首先,这个球不是普通的乒乓球或者金属球,而是那种捏一下会变形的“软弹球”,类似于软糖、凝胶,内部像果冻一样。

其次,墙面也不是硬板,而是类似鼠标垫、泡沫橡胶那种带一点弹性的材质。你可以理解为一个软软的球贴在一个更软的墙上。

当球体粘在墙上时,它前进方向上的那一小块表面先被压扁变形,相当于“前缘在抓地”;而后面的部分开始恢复原状,像是松开抓地。这种“前压后松”的不对称形变会制造出一个微小但稳定的扭矩,也就是一个持续作用的“滚动力”。

注意,这种力不是来自重力的分量,而是来自球与墙之间由于变形产生的相互作用,有点像毛毛虫爬行时身体的伸缩机制。它不是靠腿,而是靠“自己身体结构的不对称运动”。

这听起来玄乎?你可以这么理解:

  • 太软会贴住,没法滚
  • 太硬会直接掉下去
  • 只有软硬搭配得刚刚好,才会出现这个奇妙的滚动现象

为什么它不常见?我们以前没注意到而已

这种现象其实不违反任何物理定律,它只是发生在一个我们很少注意到的参数范围里。大部分物理教材和实验都以“理想刚体”为基础——墙是硬的,球是硬的,滚动靠摩擦。

但这个实验刻意放大了一个常被忽略的因素:弹性形变带来的“非平衡效应”。球体贴在墙上时,其局部变形其实能储存、释放微小能量,这就形成了稳定驱动滚动的机制。

这种驱动力比重力小太多太多,所以滚动非常慢,必须用高精度相机才能看清。这就解释了为什么我们日常生活中从没见过?

它太隐蔽了,除非你故意去设计一个实验。

这玩意儿能干啥?别小看它!

你可能会问:一个在墙上慢悠悠滚动的软球,有啥实际用?

答案是:软体机器人领域,简直就是宝藏现象

未来的火星探测器,不可能装满轮子、马达、电线,还要去垂直探测火山口、裂缝怎么办?靠这类自驱动的软体结构,也许就能在不耗电的前提下慢慢移动,穿越狭小空间。

再比如管道检测、洞穴探测,甚至医学里的体内设备(比如胶囊机器人),如果能应用这种“靠自己形变滚动”的机制,能省电、省结构,还能提高安全性。

这不是魔法,而是“软物理”的新世界

过去几十年,物理界对“软物质”的关注越来越高。软物质包括凝胶、泡沫、液晶、细胞膜等,几乎所有生命体都由它们构成。而这些东西的行为,远比钢铁复杂:它们能流动、变形、粘连,还能产生反馈。

这个小球滚动现象,就像是打开了一扇通往“软物理”奇妙世界的大门:很多我们认为“不可能”的运动,其实都可能在这个世界里悄悄发生。

结尾引用一位论文作者的话也许再合适不过:

“这个实验不是推翻牛顿,而是提醒我们,物理世界远比我们高中课本要丰富、要奇妙得多。”

参考论文
Saha, R., Das, A., Mitra, S. et al.Spontaneous rolling of a soft sphere on a vertical soft substrate. Soft Matter, 2025. DOI: 10.1039/D4SM01490A

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