破解冰壶滑行之谜

在刚刚落幕的第25届冬季奥林匹克运动会上，自然法则似乎每天都面临着挑战：花样滑冰运动员在一次跳跃中要旋转4圈，雪橇运动员要承受5倍于重力的力量。然而，有一项运动尤其令科学家着迷。据《自然》报道，经过一个多世纪的研究，物理学家仍无法完全理解冰壶运动，特别是沉重的花岗岩冰壶在冰面的滑行方向为何与预期相反。

1924年，冰壶首次在冬奥会上亮相。比赛由两支队伍进行，双方轮流将重约19公斤的花岗岩冰壶推过冰面，滑向目标区域。如果运动员顺时针旋转冰壶，它最终会向右旋转，反之亦然。与此同时，其他队员负责“扫冰”动作，即通过刷冰帮助冰壶滑行。最终，冰壶因与布满冰晶的冰面摩擦而减速直至停止。

尽管这项比赛的最终目标很简单——让自己的冰壶离目标最近，但其内在物理原理却令人费解。如果在地板上顺时针旋转一个圆形物体，例如碗，同时向前推动它，你会发现这个碗总是向左旋转——这与在奥运会直播中看到的情况完全相反。物理学家一直试图弄清冰壶为何如此不同，但至今没有明确的答案，一些科学家甚至分裂成支持不同假设的阵营。

一种观点认为，当冰壶顺时针旋转时，底部的滚动带会在冰面上形成划痕。加拿大萨斯喀彻温大学的Sean Maw表示，当旋转的冰壶尾端碰到前端留下的划痕时，就会向右偏转。

2016年，有物理学家发表了一篇论文，描述了一种“枢轴-滑动”模型，认为冰壶在冰面上的整体弧线是由许多较小的运动组成的。例如，对于顺时针旋转的冰壶，其右侧的一个点会卡在冰上，导致冰壶轻微旋转，直到松开并向前滑行。这个过程会不断重复，并且一连串这样的小旋转会产生一种卷曲效应。论文作者、加拿大北不列颠哥伦比亚大学的Mark Shegelski表示，这种现象“在冰面的远处更容易发生，因为冰壶的速度降低了”。

此后，其他研究人员对这一模型进行了自己的“解读”。日本立教大学的Jiro Murata对冰壶的摩擦进行了观测，发现这些摩擦与轴心点的概念相符。在2022年的一项研究中，Murata将冰壶推过冰面100多次，拍摄了运动轨迹，并利用图像分析技术进行了追踪，精确至百分之一毫米。他发现，当冰壶顺时针旋转时，其右侧与冰面产生的摩擦点比左侧多。这些摩擦点如同支点，在冰壶滑过冰面的轨迹中起着关键作用。Murata表示，这些发现“与轴心理论完美契合”。