科学家破解“尖叫” Scotch 胶带之谜

Source: Ars Technica

引言

1953 年，俄罗斯科学家在真空中剥离 Scotch 胶带时报告称探测到电子，其能量足以发射 X 射线。其他研究者持怀疑态度，但该现象最终在 2008 年得到确认，当时 UCLA 物理学家在真空腔中卷开一卷 Scotch 胶带时产生了 X 射线。其目标是利用摩擦致发光（triboluminescence）进行 X 射线成像，团队成功拍摄到一位实验室成员手指的低质量 X 射线图像（见下图）。这种效应仅在完美真空中出现，因此日常使用 Scotch 胶带的人是安全的。

对系统的冲击

使用剥离胶带拍摄的人类手指 X 射线图像。
来源：Carlos G. Camara 等，2008 年

剥离 Scotch 胶带会产生声音和光，通常归因于剥离过程中的“滑-粘”机制。2010 年，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王大学的合著者 Sigurður Thoroddsen 及其同事使用超快成像技术，识别出滑动机制中的关键微裂纹现象：一系列横向裂纹以超音速在粘合剂宽度方向传播（来源）。随后在 2024 年的研究发现，这些横向裂纹与刺耳的声音直接对应，尽管未明确机制（来源）。

Thoroddsen 等人最新的研究探讨了声音是否直接由裂纹快速移动的尖端产生，这也会产生与剥离 Scotch 胶带相关的离散声波脉冲。作者同步进行高速成像以捕捉传播中的裂纹和空气中的声波。他们使用金属棒手动剥离 Scotch 胶带，用两台摄像机记录裂纹，用两只麦克风记录声音，并将麦克风与摄像机同步。

结果表明，刺耳声源于一连串弱冲击波，这些冲击波在横向裂纹到达胶带边缘时达到顶点。裂纹相对于周围空气的超音速速度是产生这些冲击波的关键。正如作者所解释的：

“当裂纹打开时，胶带与固体之间会产生部分真空。裂纹移动得太快，导致这个空洞无法立即被填满，即使空气从垂直于裂纹的方向被吸入。于是空洞随裂纹一起移动，直至到达胶带末端并在外部静止的空气中坍塌。”

每当裂纹尖端到达胶带边缘时，就会产生一个声脉冲——这就是特有的刺耳声。

参考文献

DOI: Physical Review E, 2026. 10.1103/p19h-9ysx (另见 关于 DOI 的说明).