「スパゲッティの乾麺は必ず3つ以上に折れる」という現象を乗り越えて研究者が2つに折ることに成功

カチカチに乾燥したスパゲッティの乾麺を両手で持ってアーチ型に曲げて折ろうとすると、まず間違いなく3つ以上に折れてしまうという不思議な現象が存在します。誰がどれだけ頑張っても決して逃れられなかった「スパゲッティ折りのミステリー」をついに乗り越え、スパゲッティをキレイに2つに折ることに成功した研究者が現れました。

Controlling fracture cascades through twisting and quenching | PNAS
http://www.pnas.org/content/early/2018/08/09/1802831115

MIT mathematicians solve age-old spaghetti mystery | MIT News
http://news.mit.edu/2018/mit-mathematicians-solve-age-old-spaghetti-mystery-0813

「スパゲッティの乾麺は必ず3つ以上に折れる」という不思議な現象は、ノーベル賞科学者のリチャード・P・ファインマンが見つけて世界に問いかけたものです。鉛筆や木の棒など、細長いものを曲げると大抵の場合は真ん中あたりから真っ二つに折れるものですが、ことスパゲッティに関しては「誰がやっても絶対に2つに折ることはできない」ということが明らかにされていました。

「なぜスパゲティだけが？」というこの現象の謎は2005年、パリにあるピエール・アンド・マリー・キュリー大学の物理学者バジル・オードリー氏とセバスチャン・ノイキルヒ氏によって解明されています。両氏は「カタパルト実験」と呼ばれる実験を繰り返すことで、スパゲティが最初に折れた時に生じる「たわみ」が伝わる時に波が合成されて強くなり、新たな折れ目が作られているという実態を明らかにして、「ひびの連鎖による細い棒の破砕――なぜスパゲティは半分に折れないのか」という論文を発表。この発表の翌年、2006年にオードリー氏とノイキルヒ氏はイグノーベル賞を受賞しています。

「なぜスパゲティは2本でなく 3本に折れるのか」を解く : 連載一覧 : さぽナビ | Z会
https://www.zkai.co.jp/el/saponavi_a/bkmsk40000000cm9.html

その論文では「スパゲッティは必ず3つ以上に折れる」ことの原因が解明されたのですが、今度は逆に「2つに折る方法はないのか」という謎に取り組んだ科学者が現れました。それはコーネル大学の大学院生であるロナルド・ハイザー氏とマサチューセッツ工科大学(MIT)の大学院生であるビシャール・パティル氏らのチームです。

日常の会話の中から「スパゲッティを2つにある方法があるのではないか」と考えた2人は、まずスパゲッティを手で持ってさまざまな方法で曲げることでその折れ方を検証。その後、専用の「折り曲げ機」を開発することで、より詳細なスパゲッティの折れ方を調査するに至りました。そして研究の結果、2人がたどり着いた答えは「スパゲッティを一定以上の角度にねじっておいた状態で曲げていくと2つに折ることができる」という結論でした。

次の2本のムービーでは、ねじりのレベルで折れ方が変化している様子を見ることができます。長さ10インチ(約25cm)のスパゲッティの両方を機械にセットし、片方を回して両端が100度の角度にねじれた状態でスパゲッティを曲げていくと、以下のムービーのように4つに折れてしまいました。(画像をクリックすると別ウインドウで動画を再生)

Movie S2.

そして今度はねじりの角度を330度にして折り曲げた様子。一瞬でスパゲッティが破断して「たわみ」が生じていることが確認できますが、こちらは細かく分割されずに2つに折れています。

Movie S3.

研究チームでは、この現象を数学的に解明することにも成功しているとのこと。上記のように、通常のパスタが3つ以上に折れるのは曲がっていたスパゲッティにかかっていた「ひずみ」の力が解放されて真っ直ぐに戻ろうとする時の「たわみ」の波が合成されることで力が大きくなり、そこで新たな折れ目ができるというものでしたが、「ねじり」を加えたスパゲッティでも「ひずみ」が存在するのは同じ。しかしそこに「ねじり」の力が加わることで、スパゲッティが元の状態に戻ろうとする際の挙動が変化するといいます。

曲がったスパゲッティが元の直線に戻ろうとする時に力の伝わる速度と、ねじられたスパゲッティが元の状態に戻ろうとする時に力の伝わる速度は、後者の方が早いことが今回の研究で明らかにされています。この速度の違いによって、大きな「曲げ」を解消しようと働く力の強さが、「ねじり」を元に戻そうとする力が合成されることで、スパゲッティを折ってしまうほどの力が生じない状態になるというのが、研究者が導き出した答えであるというわけです。

2006年の論文に負けず劣らずの「イグノーベル賞候補」といえそうな今回の研究結果ですが、2人の研究者はこの成果により「亀裂形成の理解を高めることや、多繊維構造、人工ナノチューブ、または細胞の微小管などの他の棒状材料の骨折を制御すること」などの、単なる料理的好奇心を超える用途があると述べています。

なお、今回の研究で考察されたのは「断面が完全に円であるロングパスタ」であり、幅広の「タリアテッレ」や「フェットチーネ」、中空の「マカロニ」「ペンネ」などのパスタは関係ないそうです。