为什么衣服要比看起来更结实

辑/小兰

棉线是由许多细小的纤维组成的，虽然它们每根只有2～3厘米长，但联结在一起时，它们之间的张力可以无限延长。从物理学的角度来看，它们之所以能如此强韧有力、能防止衣物七零八碎，关键就在于如何传递这份张力——这也是个千古难题，人们至今都没能把它彻底弄个明白。

《物理评论快报》上一篇题为《衣服为何不会散：主线的张力》的新论文中，联合利华研发港口阳光公司的物理学家帕特里克•沃伦、剑桥大学的雷•戈尔德斯坦在统计物理学的范畴内对纱线张力进行了研究。他们利用线性规划技术，证明了纤维间的摩擦产生了某种锁定机制——只要有足够的摩擦力，随机的纤维组合原则上就可以传递一个无限大的张力。

研究人员用纱线模拟了一组随机重叠的纤维。结果表明，随着摩擦的增加，逾渗转变（在庞大无序系统中，随着联结程度，或某种密度、占据数、浓度的增加或减少到一定程度，系统内突然出现或消失某种长程联结性，性质发生突变，称发生了逾渗转变，或者说发生了尖锐的相变。在转变点，系统的长程联结性突然消失或是突然出现，许多重要的物理性质将以“是”或者“否”的方式发生性质上的突变）出现了。研究人员解释，这相当于是从一种因纤维滑溜性导致纱线失效的“韧性失效模型”转变到了断裂机制为纤维断裂的“脆性失效模型”。在阈值之上，拉伸强度大概是之前的100倍。

戈尔德斯坦说：“我们现在对于摩擦力是如何阻止纤维材料脱落有了更深层次的理解。从应用的角度来看，我们还可以利用这些理论知识来设计面料调节器。”以后，还可以利用该模型优化由各种纤维混纺而成的缝纫线的性能。