少年科学实验箱在哪买（校门口小卖部的廉价玩具）
少年科学实验箱在哪买（校门口小卖部的廉价玩具）彩虹织机马来西亚华裔黄章竣本科学的是机械工程学，在做彩虹织机之前是日产汽车 Nissan 的测试工程师。但在2010年，他的人生因为这些小橡皮筋发生了变化。重要的是，它是一种非常厉害的拓扑结构，在量子力学里也有重要的地位。黄章竣和彩虹织机织出来的衣服这种看起来很不起眼的橡皮筋玩具叫做彩虹织机，它的发明人是一位美国华裔汽车工程师。
本文转载自公众号“把科学带回家”（ID：steamforkids）
还记得小商品市场和小学生经常玩的这种迷你彩色橡皮筋吗？
你以为它只是女孩子扎头发的小工具？
实际上它现在变成了一个玩法超多的大生意，地位类似于皮条版的乐高，在一段时间里其热度甚至比乐高还要高。
重要的是，它是一种非常厉害的拓扑结构，在量子力学里也有重要的地位。
黄章竣和彩虹织机织出来的衣服
这种看起来很不起眼的橡皮筋玩具叫做彩虹织机，它的发明人是一位美国华裔汽车工程师。
马来西亚华裔黄章竣本科学的是机械工程学，在做彩虹织机之前是日产汽车 Nissan 的测试工程师。但在2010年，他的人生因为这些小橡皮筋发生了变化。
彩虹织机
当时，黄章竣的两个女儿在用这种橡皮筋制作手环，老爹想要加入两个女儿，但是发现自己的手指太粗不好插入小圈圈。于是，他制作了一个带图钉的木板，方便编织。他的两个女儿马上爱上了老爹的发明。
彩虹织机作品
后来，黄章竣把家里仅有的1万美金存款拿出来，找中国工厂制造了一批彩虹织机。2011年，他开始卖，但是一开始销量不好，因为玩家不知道怎么用。
彩虹织机织的娃娃
于是，他开始和女儿制作视频挂到网上。到了2012年夏天，他们的彩虹织机就火了。短时间里，油管上出现了大量彩虹织机的视频和网红。《纽约时报》、《卫报》等大媒体纷纷上门采访。
在《卫报》的采访中，黄章竣穿着彩虹织机织的外套。
2013年，彩虹织机成了谷歌中被搜索最多次的玩具，也被 BBC 评为世界上最著名的玩具。
威廉王子、凯特王妃、贝克汉姆、麦粒等名人都是彩虹织机的粉丝。彩虹织机走红后，黄章竣干脆辞职，在密歇根州自家屋子里开了一家彩虹织机公司。2014年，彩虹编织机已经在全球热销超过800万台，黄章竣的“俊设计有限公司”估值也升到了1.36亿美元。
这样好玩的玩具，果然不出所料被禁了。
2013年，纽约的两个学校把彩虹织机给禁了，因为它太上瘾了，小朋友上课都在织，根本无心学习，下课都不出去玩。后来，佛罗里达的一所学校也对彩虹织机进行了严格的限制。
黄章竣和彩虹织机织的狗狗
讲真，这种比 ipad 还上瘾的游戏，学校为毛要禁止？更何况，彩虹织机不仅锻炼小手不伤小眼，还是一种优秀的拓扑学教具。
这些学校的老师八成不知道，彩虹织机编织出来的玩具，都属于拓扑学中的Brunnian link。
数学家 Hermann Brunn 最早在1892年讨论了这种链，所以这个套环就用他的名字命名了。国内数学界还没有给它正式的译名，所以我们不如叫它布伦链吧，不要因为它的发音而过度联想。
在拓扑学的纽结理论里，一个单身的环就叫做纽结。两个及以上的环组成的不能分离的结构叫做链。
最简单的链是2个环套在一起的 Hopf 链。
Hopf 链
奥运五环还有自行车链就是由 Hopf 链组成的。Hopf 链构成的结构有一个特点，那就是拆掉其中任何一个环，都不能把链条完全打散。
但是布伦链却不是这样。
在布伦链里，任意两个环实际上都是分离的。要验证很简单。看下图，每个环实际上要么压在另一个环上方，要么被压着，但并没有和任何一个环套在一起。
这一点可以导出一个性质：布伦链是只要消除或剪掉其中任何一个环，所有环都会散开的结构。
很显然，彩虹织机织的就是一种布伦链，因为任意两根橡皮筋都没有套在一起。而布伦链的性质意味着它有一个致命弱点：只要剪断彩虹织机织出来的手环中的任意一条橡皮筋，整个手环就会散架。所以不要光膀穿彩虹机织背心啊，毕竟你不想向警察用拓扑学强行解释一地的橡皮筋也可以做成衣服。
除了有布伦链，还有布伦辫子。比如最普通的麻花辫就是一种布伦辫子——只要抽掉任何一根，麻花辫就会散架。
不信？你看，只要把红蓝黑任何一根辫子抽掉，剩下的两根辫子实际上就是分开的。
布伦链还有一个神奇的性质：在3个环及倍数的情况下，环之间可以形成无穷多种交叉的变式。比如3个环可以有下面这些变种——
世界上的许多图标和 LOGO 实际上就是布伦链。比如印度南部钦奈的建于6世纪的 Marundheeswarar 神庙里就有一个由3个环构成的16个交叉的布伦链，它代表的是湿婆。
Marundheeswarar 神庙里的布伦链 图片来源：（DOI）:10.1007/s12045-007-0049-7
说到布伦链，就不得不提一提一种特别有趣的布伦链——Borromean rings。这玩儿也没有官方译名，我们不如叫它菠萝蜜环。
Borromean rings
菠萝蜜环就是一种布伦链，它也是最简单的布伦链。
菠萝蜜环的名字来自于一个在13世纪一个称霸一方的古老意大利望族——波洛密欧（Borromeo）家族。
摩纳哥王妃 Beatrice Borromeo （右）是波洛密欧家族的后人
波洛密欧家族类似于我的天才女友中的索拉拉家族、美第奇家族，还有罗森柴尔德家族，各种有钱各种壕，现在米兰的多个城堡都是他们家族后人的。当代摩纳哥王妃的姓就是波洛密欧，意大利马焦雷湖的著名景点波洛密欧群岛大部分都是她家的。
意大利马焦雷湖（Lake Maggiore）的著名景点波洛密欧群岛（Borromean Islands）就是波洛密欧家族的产业。
波洛密欧家族的纹章左下角有个头顶大包的菠萝蜜环，看到了没有。霸道总裁家的菠萝蜜环有点可可爱爱。
波洛密欧家族的纹章 图片来源：wikipedia
菠萝蜜环是一个历史悠久的符号。阿富汗的文物、北欧神话，还有中世纪基督教的三位一体标记同样也有波洛密安环的结构。现代国际数学联合会（IMU）的会标也是一个菠萝蜜环。
国际数学联合会（IMU）的会标
菠萝蜜环有一个神奇的性质：如果把其中任意两个环套在一起，那么第三个环就会自动离开大家退出这场三角关系。你可以用回形针做的环轻易验证这一点。
菠萝蜜环其实也可以分解为女孩子的麻花辫哦。麻花辫的3个头连在一起的话，就可以变成菠萝蜜环。
我知道有些小学生要发出灵魂之问了：这玩儿有什么用？
布伦链的性质在化学中有重要应用。在合成化学里，各式各样的结和链是很难合成的，而有布伦链结构的蛋白质也很罕见。
史上第一个成功合成出菠萝蜜环的是纽约大学的纳德里安·西曼（Ned Seeman），这个哥们儿用 DNA 硬造了一个出来。自此，DNA纳米学诞生。
纳德里安·西曼（Ned Seeman）制造的 DNA 菠萝蜜环示意图
图片来源：（doi）10.1038/386137b0
而布伦链和量子力学也有神秘的交集。
1970年，俄国物理学家 Vitaly Efimov 预测，3个玻色子（量子力学中，粒子分为玻色子与费米子）可以形成一个稳定的量子束缚态，但是其中两两却不互相束缚，这和菠萝蜜环很像有木有。
2006年，Efimov 的预测被超低温铯原子气证实，因此这个现象就被命名为埃菲莫夫效应（The Efimov effect）。这使物理学家们沸腾了，有没有其他量子束缚态也是布伦链性质的呢？
如果是这样，我们就有可能创造各种世界上从没有过的新分子，新世界的大门就会被打开。量子力学和拓扑学的交叉这么好玩的吗？
- 一种布伦链社会关系：麻将。
- 如何证明麻将是布伦链式的？
- 三缺一试试？
无标注图片来源网络。
动图来源和参考资料储存于石墨：
https://shimo.im/docs/lJFbxvrPgmkGCD8M/
原题目：华裔工程师发明的廉价玩具上了谷歌热搜第一，它还藏着量子世界的秘密
来源：把科学带回家
编辑：米老猫
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