なぜ靴紐が結ばれないのか？科学者たちはその原因を解明しようとしている。

オリバー・オライリーは、私たちのほとんどを悩ませているジレンマを抱えています。

「私は靴ひもに慢性的な問題を抱えていて、いつもほどけてしまうんです」と彼はPopSciに語った。「なぜそうなるのか、まったく理解できなかったんです。」

カリフォルニア大学バークレー校の機械工学教授であるオライリー氏は、少なくとも今のところは、よりよい靴ひもを結ぶことに興味がなかった。彼と同僚のクリストファー・デイリー・ダイアモンド氏、クリスティン・グレッグ氏は、この絶え間ない靴ひもの悩みの背後にあるメカニズムを理解しようとしただけだった。彼らの研究結果は、本日、Proceedings of the Royal Society A誌に掲載された。

彼らの研究結果によると、足が地面に着地するときに、その結​​び目には莫大な力（時には重力の 7 倍、つまり 7G）がかかり、結び目の形状が変形します。同時に、足が振られると靴ひもがバタバタと動くことで、さらに力が加わります。これらの力が合わさると、靴ひもは簡単に結ばれた状態からほどけてしまいます。

「同僚から高速モーションカメラを借りました」とオライリー氏は言う。「クリスティン（グレッグ、研究の共著者）はランニングシューズを履いてトレッドミルで走りました。スローモーションのビデオがそのまま物語を語ってくれました。靴ひもがほどけていくのが本当に見えました。」

この研究は、科学研究における高速カメラのメリットがますます高まっていることを浮き彫りにしている。オライリー氏は、機械や物理システムの数学モデルを開発し、それを分析するのが好きだ。同氏は、オイラーの円盤と呼ばれるおもちゃを例に挙げる。これは基本的に、鏡面の上で回転する円盤である。円盤のエネルギーが失われると、鏡が振動し始め、円盤が浮き上がる。

「これについてはモデルを開発できます」とオライリー氏は言う。「しかし、高速カメラで見たり、iPhone のスローモーションで見たりすると、鏡面がディスクによって振動しているために波が実際に見えるのです。通常では見えない効果を見ることができるので、『ああ、このシステムのモデルを開発するときには、これを必ず含める必要がある』と言えるのです。」

科学者が物理システムについてより多く知れば知るほど、数学モデルはより良くなり、新しいものをより良くモデル化できるようになります。おそらくある日、私たちが解くように指示するまで結び目が結びついたままになる日が来るでしょう。

研究者らはまた、さまざまな結び方をした紐を振り子にかけ、どれが強いか（つまり、ほどけにくいか）とどれが弱いかを系統的にテストした。いくつかの結び方は他の結び方よりも強かったが、最終的にはすべての結び方が解けてしまった。

オライリー氏は、これは単なる始まりに過ぎず、終わりではないと強調する。結び目が壊れる理由、つまり強い結び目が弱い結び目よりも長持ちする理由の物理的メカニズムは、まだ十分に理解されていない。そして、結び目のより広範な物理的メカニズム、つまり結び目にさまざまな力を加えたときに何が起こるかは、いまだに謎に包まれている。

表面的には、結び目を理解することは大したことではないように思えるかもしれません。結局のところ、いつでもスリッポンを履くことができます。

しかし、結び目はより幅広い用途に使われます。

「結び目構造について言えば、靴ひもについて理解できれば、動的な力で壊れるDNAや微細構造など他の物にも応用できる」と、研究の共著者でバークレーの大学院生、クリストファー・デイリー・ダイアモンド氏は声明で述べた。「これは、特定の結び目が他の結び目よりも優れている理由を理解する第一歩だが、これまで誰も理解していなかった」

同様に、靴ひも以外の場所でも結び目が使われており、時には命に関わる重大な結果を招くこともあります。帆船の索具や劇場の垂木から吊るされた重い照明器具を見れば、結び目が1つ悪ければ命を落とす可能性があることがわかります。そしてもちろん、手術もあります。

「結び目に加えられた力が結び目にどのような影響を与えるかを理解することは、縫合糸、つまり外科用結び目にとって非常に重要だ」とオライリー氏は語った。

現在、縫合糸は徹底的にテストされており、医師や研究者は結び目を作ったり、切れるまでいじったりして、どのような糸と結び目の組み合わせが長期間にわたって持ちこたえるかを外科医に示している。

「外科医が体内の結び目を、長期間にわたって機能する縫合糸で結ぶことができるのは驚くべきことです」とオライリー氏は言う。「しかし、結び目が壊れる理由、結び目自体の内部の力、結び目内部の変形を実際に理解することは、非常に難しい問題です。」