当你往下跳的时候，是你的头先往下掉，还是脚先往下掉？
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给孩子最好的科学教育
作者 七君
你考虑过这个问题吗：当你往下跳的时候，是你的头先往下掉，还是脚先往下掉？
许多人可能马上就会说，当然是同时啊，怎么会有这么白痴的问题？
呵呵，不要对你的回答太有自信了。先给大家展示一个神奇的现象。
如果你家里有这种玩具机灵鬼（slinky）吗？机灵鬼就是扭起来会开心地发出呜呜呜的声音的那种玩具。它还会自己下楼，自己在跑步机上运动，自我管理能力很强。
好了，你可以拿着机灵鬼，然后撒手看它掉落的样子。如果你有摄像机，在玩的时候同时把这个过程拍下来回放，然后你就可以看到下面的动图里这样神奇的现象了。
换个角度看：
换一个金属的机灵鬼试试看：
如果在机灵鬼屁股上挂一个球会怎样：
@Questacon
很奇怪吧，在放手后，机灵鬼的屁股居然没有和头部同时下坠，而是等到头部掉到附近了才被“推着”往下走。
这好像和我们的常识不符啊。一个人从高出往下跳的时候，全身看起来是同时自由落体啊。自由落体的机灵鬼的头部为什么比尾部先“自由落体”？
在2000年时，已故的著名科普作家马丁·加德纳（Martin Gardner）就曾注意到这个奇异的现象。通过他的介绍，一时间许多物理学家和数学家都对这个现象着了迷。
那么，在头部掉下来之前，是什么让机灵鬼的屁股在空中保持平衡的呢？
让机灵鬼的屁股在空中保持悬浮这一点还是挺好理解的，因为机灵鬼是一种张力弹簧（tension spring）。
啥意思呢？
我们平常看到的弹簧在被压缩和拉伸时都会产生张力，或者说弹性。但是张力弹簧不一样，它只在拉伸时产生张力（有弹性），但是压缩时不产生张力（没弹性）。所以我们拉机灵鬼的时候会感到它有弹性，但是压它的时候它就松松的。
在机灵鬼的头掉到屁股的位置之前，屁股上方依旧处于拉伸状态，这种拉伸状态产生的张力和屁股的重力能够抵消，因此屁股能保持平衡。
这对于机灵鬼的每一环来说都一样。
悉尼大学的物理学家 Rod Cross 和 Mike Wheatland 发表在《美国物理杂志》（American Journal of Physics）上的研究通过高速摄像发现，机灵鬼在自由落体时，的确是从头往下一环一环自由落体的。
至于机灵鬼的屁股可以悬浮多久，哈佛大学的物理研究员 Shimon Kolkowitz 以及 Cross 和 Wheatland 的计算发现，市面上的普通机灵鬼的屁股可以在空中悬浮0.3秒左右。
实际上，更重的机灵鬼的屁股的悬浮时间更长，而更没弹性的机灵鬼的悬浮时间则会变短。
机灵鬼的弹簧性质当然可以解释让它的屁股悬浮的力量来自哪里。可是，为什么屁股不是和头一起掉落呢？
哈，如果你能想明白这个问题，相对论你也就能理解很大一部分了。就这么和你说吧，当你放手让机灵鬼自由落体时，它的头比屁股先知道自己应该往下掉的这个信息。
Cross 和 Wheatland 指出，自由落体这个信息会像地震波一样从上往下沿着机灵鬼的身体传导（传播速度是每秒50-100个环），每一环都是接到指令后才开始自由落体的，“改变运动状态的信息需要一段时间才能传到到机灵鬼的底部。”
屁股上的那一环只知道它上面的那环在干嘛，只要上面那环不变（提供了足够的张力），它就不知道头部发生了什么事情，它就按兵不动。
同理，倒数第二环只知道自己上面和下面的那2个环在干嘛。只要它俩不动，它也不动。因此，当机灵鬼的开始掉落时，坠落的信息是像“哇我的上面太剧烈了场面控制不住了”这样从上到下一环一环传递的。
当你被打脸时，“变形”的信息也像波一样一圈一圈往外传播。
而信息的传播不能超光速瞬时完成，这就是相对论中的定域性原理（Principle of locality），适用于宇宙万物。
所以根据定域性原理呢，当你从台阶上往下跳的时候，你的 jio 先失去支撑自由落体，然后和你的 jio 连着的 jio 踝才知道下面的 jio 往下掉了，接着它也跟着掉。最后这个信息才传导到你的头部。
动画片中的生物脚先自由落体，头最后自由落体，实际上意外地还原了定域性原理哩。
不过因为人类的肉体和机灵鬼相比没什么弹性（刚性比较大），所以信息的传导比较快，人眼无法察觉而已。
关于定域性原理在实际生活中的应用，美国自然史博物馆天文物理部创始人、天文学家尼尔·德·格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）举了武器的例子：军事武器研发者早就开始利用定域性原理，把武器做长，比如剑、箭、还有近代的动能穿甲弹（Kinetic energy penetrator）。
我们来举个例子。
按照我们的直觉，箭扎到人身上的时候，箭头遇到阻力，整支箭是不是应该立刻放慢速度，然后卡在肉肉里？
这位大侠，你的剑勾住了我的腰带。
并不是。
根据定域性原理，即使箭头被打爆粉碎停了下来，和头部距离遥远的箭尾并不能立刻减速，因为减速信息的传导需要时间，所以箭的剩余部分会继续保持原来的速度向前冲，为杀伤力提供了补给。这就是把武器做长的好处之一。
当然了，在打网球啊羽毛球的时候也是一样。
当你挥拍打球的时候，你以为球的撞击和你感到的球的撞击力是同时发生的，其实不然。
球的撞击也需要时间才能从球拍传导到你手上（更不要说神经信号的传递时间了）。所以，你对球的感觉总有延时。
emmm...原来根据定域性原理，我们根本不可能生活在当下，我们感受到的世界早就已经发生了，我们都只是活在过去的涟漪里而已...
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