鞋子为什么会吱吱响？竟然和微型闪电有关

运动鞋在篮球场上发出的吱吱声，并不只是简单的摩擦噪音，而是一种高度局部化、快速传播的滑动过程。在这个过程中，鞋底与地板之间会形成以超音速移动的“滑动脉冲”，在部分实验中，甚至伴随着类似微型闪电的放电现象。

为什么篮球鞋在球场上会发出吱吱声？一项新的研究给出了一个有趣的答案。

这个听起来有点离谱的结论，来自一项最新的工程物理研究。

长期以来，人们用一个经典模型来解释吱吱声：粘滑摩擦。也就是说，鞋底先“粘住”地面，然后突然滑动，再粘住、再滑动，如此反复，产生周期性的声音。这套模型对门铰链、自行车刹车、硬物摩擦确实很有效。

但问题在于，橡胶并不是硬材料。

研究人员发现，当柔软的橡胶鞋底在坚硬地板上运动时，真实情况要复杂得多。鞋底并不会整体一起粘住再滑动，而是只有极小的区域会突然张开、滑移，然后迅速重新贴合。这些高速移动的小区域，被称为“开滑脉冲”。

正是这些脉冲，以极高的速度在接触面上传播，反复出现，最终被我们的耳朵听成了尖锐而连续的吱吱声。

这项研究由

哈佛大学

工程团队牵头完成，研究人员来自其工程与应用科学学院，并与英国

诺丁汉大学

以及法国

法国国家科学研究中心

的科学家合作。

为了直接“看见”摩擦发生时的细节，研究团队使用了高速光学成像，并同步记录声音信号。他们让柔软的橡胶在光滑玻璃表面快速滑动，结果看到的并不是连续平滑的运动，而是一道道断断续续、像皱纹一样扫过表面的滑动脉冲。

更出人意料的是，在部分实验中，这种摩擦还伴随着微弱的闪光。研究人员认为，这是由于摩擦过程中电荷在局部区域积累并突然释放，形成了类似“微型闪电”的放电现象。这些火花并不是吱吱声的直接来源，但说明在橡胶滑动时，系统中确实存在电能的快速变化。

另一个关键发现是：决定吱吱声音调的，并不是鞋底滑动得有多快，而是橡胶本身的几何形状。

当一整块平整的橡胶在玻璃上滑动时，滑动脉冲出现得不规则，发出的只是模糊的一声“嗖”。但当研究人员在橡胶表面加上细小的凸脊后，情况完全改变。这些凸脊会限制脉冲的传播路径，使它们以稳定的节奏反复出现，从而锁定在特定频率上，形成清脆、可辨识的吱吱声。

实验表明，这种声音的频率主要取决于凸脊的高度，而不是速度本身。这个规律稳定到什么程度？研究团队甚至用不同高度的橡胶块，手动“演奏”出了《星球大战》中的帝国进行曲主题旋律。

不过，这项研究的意义并不止于解释运动鞋。

研究人员指出，这种滑动脉冲的传播方式，与地震中断层破裂前缘的行为在物理上高度相似：都是局部区域突然失稳，并以极高速度向前扩展。换句话说，篮球鞋发出的吱吱声，在微观尺度上，和地震断层的滑移机制有着惊人的共通之处。

除了帮助理解地震，这项发现还可能用于工程应用。通过设计表面微结构，人们有可能开发出摩擦性能可调的材料，让地面或鞋底在需要时更防滑，在不需要时更顺滑。

这项研究发表于2月25日的《自然》杂志，也提醒人们：哪怕是每天都能听到的声音，背后也可能隐藏着一套远比想象复杂的物理过程。