掉落的頭髮不要扔，扎個麻花辮，可以吊起大卡車。
作者 | 林強 上海交通大學機械工程
絕大部分的動物身上都有毛髮，人有頭髮、汗毛、鬍鬚，猴子有體毛，綿羊有羊毛。不同動物的毛髮粗細不同，同種動物的成年和幼年個體毛髮粗細也不一樣。
但毛髮強度和粗細是啥關係？最近，科學家們做了一個實驗，結果有點意外。
大象毛髮（上）和人類頭髮（下） | pixabay
人類毛髮在哺乳動物中算是比較細的（直徑約0.06毫米），長頸鹿和大象的毛髮就比較粗了。美國加州大學的科學家們收集了不同動物的毛髮，並對其強度進行了研究。
他們驚奇地發現，隨著毛髮直徑的增加，毛髮的強度卻變小了，也就是毛髮越粗強度越差。大象的毛髮雖然比人類的頭髮粗六七倍，強度卻只有人類一半。
該研究發表在12月的《物質》雜誌上。
天然毛髮竟然越細越強
在材料學中，我們通常用強度來衡量一種材料的抗拉/抗壓性能，它表示材料在單位橫截面積下所能穩定承載的最大力，是材料的固有特性，與尺寸無關。
比如，我們用手拉一根同樣粗細的鋼絲和土豆絲，使同樣的力，土豆絲先斷了鋼絲沒斷。就可以認為，鋼絲的抗拉強度比土豆絲大。
鋼絲（左）和土豆絲（右）| pixabay，圖蟲
根據該標準，研究人員發現人類的頭髮強度很大，甚至與鋼鐵相當！
計算表明，500~1000根頭髮就能承載一個成人的重量。而正常人頭上有將近10萬根頭髮，加在一起可以承重5噸，足以吊起一輛大卡車！
即便在日常生活中，我們也很容易發現，拔頭髮都是連根拔起，很少從中間斷掉，這說明人類的頭髮確實很強。如果將人的所有頭髮綁在一起用力拽，恐怕頭皮掀掉頭髮也不會斷。
毛髮強度啥決定？皮質層佔絕對主導
微觀來看，毛髮的結構都是多層次的。比如人類頭髮，就包含了角質層、髓質層、皮質層、微纖維蛋白、原纖維蛋白、多肽鏈等。
人類頭髮結構 | 百度百科
其中角質層又稱表皮層，從髮根到發尾如魚鱗狀排列，遇溫水或鹼時會膨脹。它幫助頭髮抵抗外來物理傷害，約佔頭髮總重的5～15%。
皮質層在表皮層內側，由蛋白細胞和色素細胞構成，是頭髮的主體，約佔頭髮總成分80%。它含有纖維狀的皮質細胞，使頭髮具有彈性和韌性。頭髮的物理和化學作用（比如斷裂、燙卷）都歸於這一層。
髓質層在毛髮的中心處，僅佔頭髮0～5%，主要起支撐頭髮的作用，對發質影響較小。
在所有層結構中，對動物毛髮的強度起決定作用的就是皮質層了。外面的角質層只是保證頭髮完整。
研究發現，當對較細的毛髮（直徑小於0.2mm）進行拉伸時，其皮質層內部的纖維主要以相互剪切滑移的方式破損，——這種方式通常能承載更大外力；而當毛髮較粗時，皮質層內部主要發生垂直斷裂，只能承受較小外力。
毛髮（皮質層）剪切滑移和垂直斷裂，前者可承受更大拉力| 作者供圖
科學家認為，這種差異是由毛髮中的缺陷相對於毛髮的大小而引起的。由於毛髮中的細胞排列並不完美（有缺陷），當毛髮較細時，缺陷相對於毛髮直徑的尺寸較大，就容易發生剪切滑移；而當毛髮較粗時，缺陷相對於毛髮的尺寸較小，從而更傾向於發生垂直斷裂。這就是為什麼毛髮越粗強度越差了。
一個插曲：野豬是朵奇葩
在本次測試的所有毛髮中，絕大多數都是越細越強。但凡事都有例外，野豬就是朵奇葩。研究發現，野豬的毛髮與大象粗細相當，但強度卻不到其一半，因為它的毛髮比較特殊，可能是為了方便人類吃的時候容易刮毛，裡面普遍存在很多孔隙，從而大大降低了抗拉性能。
野豬：聽說你要吃了我？| pixabay
天然毛髮強度突出，是仿生的好材料
科學家們為什麼要折騰毛髮？也是為了應用需要。
大部分動物毛髮的皮質層具有高強度的蛋白纖維，使其擁有與金屬相當的抗拉性能。如果能仿照天然毛髮的成分和結構，製造出足夠強度的合成材料，就有望在無毒無害、生物性穩定的場景下代替金屬，這在生物醫學中有廣闊前景。
此外，科學家們還發現，黑素體也會讓毛髮更強韌，因此深色頭髮（如黑髮）比淺色頭髮（如白髮）強度更大。這也是高強度合成材料的一個研究方向。
所以，你知道了吧？烏黑的秀髮有多重要