包裝網球或橘子最節省空間的方法是什么？數學家們研究這個“球體包裝”問題已經有幾個世紀了。但很少有人關注該問題在現實世界中會如何。現在，荷蘭特文特大學的一項涉及微型塑料球的物理實驗終于解釋清楚：對于少量的球，最好把它們裝在香腸形狀的包裝里。相關論文發表在最新一期《自然·通訊》雜志上。
約翰尼斯·開普勒是第一個研究球體包裝的人。他在1611年提出，金字塔形是長途航行中包裝炮彈的最佳方式，但直到2014年，數學家才完全證實了這一答案。然而，這個證明只考慮了排列無限多個球體的最佳方法。此外，球體堆積理論假設球是非常硬的，不會相互吸引或排斥，但現實生活中很少是這樣的，例如網球或橙子會相互擠壓。
對于現實世界中的有限球體包裝，什么形狀的包裝效率最高呢？微小的聚苯乙烯球非常堅硬并且基本上呈惰性。研究人員試驗將這些球插入空的細胞膜，并驚訝地發現它們排列成了香腸一樣的長條狀。
研究團隊決定對袋子中不同數量的聚苯乙烯球進行研究和模擬。他們將預測與實驗進行了比較，實驗使用了多達9個聚苯乙烯球，這些球被擠壓到浸泡在液體溶液中的細胞膜中。然后，他們通過改變溶液的濃度來收縮包裝球，使膜變得更緊，并使用顯微鏡觀察球的形成。
研究人員表示，對于多達9個球體，實驗和模擬都證明了香腸形狀是最好的包裝形狀。當超過9個球時，膜會因球的壓力而變形。但是當有56個到70個球時，包裝效率又突然變得高效。這些發現可能在藥物輸送方面有所應用，例如如何最有效地將硬質抗生素分子裝在細胞膜內。