網上如果有人提問:“一個軟球能不能在垂直墻面上,靠自己滾下來?”
99.9%的人,包括我,第一反應一定是:你這是在挑戰牛頓吧?
但就是有人真做到了,而且還發了頂刊論文。
2025年5月,加拿大滑鐵盧大學的研究團隊搞了個驚天實驗:他們讓一個軟軟的小球,在垂直的墻面上,自動滾動。注意,是,不是掉;是自己滾下來,沒有馬達、沒有電,沒有人推,甚至連磁鐵都沒用。
看到這你是不是覺得:這玩意兒要么是詐騙視頻,要么就是空氣墻 + “狗拉線”原理。但他們用的是高精度攝像機+標準材料,連一絲風都沒有,結果小球就是滾了,雖然平均速度約為1毫米每秒。
這到底是怎么做到的?別急,我們慢慢拆解。
常規物理不能解釋的“滾動”
我們都知道,物體要移動,得有力。你讓一個球沿斜坡往下滾,是因為有重力分力在推它;你讓它在平地上滾,是因為你用手推了它。
那垂直墻面呢?重力的方向是垂直于墻面的,根本沒有能讓它“順著墻面”滾動的分量。按教科書,球體要么滑下來,要么貼著不動,絕不可能自己滾
但他們觀察到:這個小球從貼上去的第一秒開始,就慢慢開始滾了,哪怕再怎么檢查實驗裝置,就是沒有外力參與
所以他們推導出一個結論:這不是經典摩擦力的鍋,而是軟物質之間的相互作用造成的。
關鍵點:軟 +彈+ 粘,三者缺一不可
首先,這個球不是普通的乒乓球或者金屬球,而是那種捏一下會變形的“軟彈球”,類似于軟糖、凝膠,內部像果凍一樣。
其次,墻面也不是硬板,而是類似鼠標墊、泡沫橡膠那種帶一點彈性的材質。你可以理解為一個軟軟的球貼在一個更軟的墻上。
當球體粘在墻上時,它前進方向上的那一小塊表面先被壓扁變形,相當于“前緣在抓地”;而后面的部分開始恢復原狀,像是松開抓地。這種“前壓后松”的不對稱形變會制造出一個微小但穩定的扭矩,也就是一個持續作用的“滾動力”。
注意,這種力不是來自重力的分量,而是來自球與墻之間由于變形產生的相互作用,有點像毛毛蟲爬行時身體的伸縮機制。它不是靠腿,而是靠“自己身體結構的不對稱運動”。
這聽起來玄乎?你可以這么理解:
- 太軟會貼住,沒法滾
- 太硬會直接掉下去
- 只有軟硬搭配得剛剛好,才會出現這個奇妙的滾動現象
為什么它不常見?我們以前沒注意到而已
這種現象其實不違反任何物理定律,它只是發生在一個我們很少注意到的參數范圍里。大部分物理教材和實驗都以“理想剛體”為基礎——墻是硬的,球是硬的,滾動靠摩擦。
但這個實驗刻意放大了一個常被忽略的因素:彈性形變帶來的“非平衡效應”。球體貼在墻上時,其局部變形其實能儲存、釋放微小能量,這就形成了穩定驅動滾動的機制。
這種驅動力比重力小太多太多,所以滾動非常慢,必須用高精度相機才能看清。這就解釋了為什么我們日常生活中從沒見過?
它太隱蔽了,除非你故意去設計一個實驗。
這玩意兒能干啥?別小看它!
你可能會問:一個在墻上慢悠悠滾動的軟球,有啥實際用?
答案是:軟體機器人領域,簡直就是寶藏現象
未來的火星探測器,不可能裝滿輪子、馬達、電線,還要去垂直探測火山口、裂縫怎么辦?靠這類自驅動的軟體結構,也許就能在不耗電的前提下慢慢移動,穿越狹小空間。
再比如管道檢測、洞穴探測,甚至醫學里的體內設備(比如膠囊機器人),如果能應用這種“靠自己形變滾動”的機制,能省電、省結構,還能提高安全性。
這不是魔法,而是“軟物理”的新世界
過去幾十年,物理界對“軟物質”的關注越來越高。軟物質包括凝膠、泡沫、液晶、細胞膜等,幾乎所有生命體都由它們構成。而這些東西的行為,遠比鋼鐵復雜:它們能流動、變形、粘連,還能產生反饋。
這個小球滾動現象,就像是打開了一扇通往“軟物理”奇妙世界的大門:很多我們認為“不可能”的運動,其實都可能在這個世界里悄悄發生。
結尾引用一位論文作者的話也許再合適不過:
“這個實驗不是推翻牛頓,而是提醒我們,物理世界遠比我們高中課本要豐富、要奇妙得多。”
參考論文
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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