◎本报记者 张佳欣

当你穿着心爱的篮球鞋在干净的木地板上急停，那清脆犀利的“吱吱”声总是格外引人注目。有人觉得这是抓地力好的表现，也有人觉得刺耳。这个看似普通的问题却困扰科学家很久：这种声音到底是怎么产生的？

长期以来，物理学家通常用“粘滑摩擦”来解释类似现象。简单说，就是两个表面先粘住、再突然滑动，如此反复循环，从而产生振动和声音。这个模型可以解释很多硬物之间的摩擦，比如门铰链或刹车片。但当柔软材料在坚硬表面上滑动时，比如橡胶鞋底与地板，事情似乎没这么简单。

最近，来自美国哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院、英国诺丁汉大学以及法国国家科学研究中心的科学家通过高速成像技术，终于看清了这一过程。他们用橡胶和玻璃模拟鞋底与地板的接触，并用高速相机记录两者之间的变化。这些相机的拍摄速度最高可达每秒100万帧，相当于把瞬间发生的摩擦过程“慢放”给科学家看。

结果让人意外。橡胶并不是平稳地滑过表面，而是以一种类似“波”的方式前进。科学家把这种现象称为“超音速开口型滑移脉冲”。也就是说，橡胶滑动时，接触面并非整体移动，而是出现一道道快速传播的“脱离波”。

就像撕开贴在桌上的胶带一样，胶带不是一下子全部离开，而是那个“脱离点”迅速向前移动。在鞋底与地面之间，这种“脱离点”形成高速前进的锋面。橡胶在这些波纹经过时瞬间弹起又落下，高频率的拍击和振动便形成了尖锐的吱吱声。

更有趣的是，实验室的高速图像还捕捉到了伴随摩擦声的微型“闪电”。研究发现，这些滑动脉冲有时竟然是由摩擦产生的微小电火花，即摩擦起电放电所触发的。

科学家还发现，鞋底纹路在其中起着重要作用。那些沟槽和凸起像“轨道”一样，把滑移脉冲限制在固定路径上，使它们形成稳定节奏，于是杂乱的摩擦振动变成了清晰的声音。如果表面完全平整，橡胶滑动时产生的则是不规则脉冲和类似“呼呼声”的噪音。而当表面有细小脊状结构时，脉冲就会变得整齐。

科学家甚至利用这一规律做了一个有趣的尝试。他们通过改变橡胶块的高度，使产生的声音频率发生变化，最后竟然“演奏”出了《星球大战》的主题旋律。

这项研究的意义远不止于球鞋。这些微小的摩擦过程与地震之间竟然存在相似之处。在地震中，断层上的破裂也会以脉冲形式传播，其速度同样可以接近甚至超过声速。换句话说，一双篮球鞋在地板上的吱吱声，或许正是理解地震动力学的一种“微型模型”。

从日常生活中的一种小声音出发，科学家看到的却是一个跨越材料科学、物理学乃至地球科学的世界。有时，最普通的现象，反而隐藏着最复杂的物理。

编辑：祝萍