芝生に水をまくことは、いわゆる「バカバカしいスプリンクラー」、つまり水を面白いループや螺旋状に撒く楽しいプラスチック製の装置を使えば、実用的でありながら楽しいものになる。しかし、その遊び心のある外見の裏には、一世紀以上にわたって科学者たちを悩ませてきた深刻な物理学の問題が潜んでいる。ニューヨーク大学クーラント研究所の研究者たちは、自ら製作したバカバカしいスプリンクラーを使って実験することで、物理学者リチャード・ファインマンが広めた逆回転スプリンクラー問題に取り組んだ。彼らの発見は、『米国科学アカデミー紀要』に掲載され、運動量流束理論と呼ばれる理論を支持し、エルンスト・マッハとファインマンの両方による初期の仮説を覆すものだ。

逆回転スプリンクラー問題は、エルンスト・マッハの1883年の教科書における思考実験に端を発する。マッハは、水を吸い込むスプリンクラーは、ノズルにかかる力が打ち消し合うため回転しないと提案した。1940年代にプリンストン大学の大学院生だったファインマンは、この問題について有名な議論を交わし、サイクロトロン実験室で実験を構築し、わずかな震動のみを観察した。しかし、その後の実験では矛盾する結果が得られた。安定した逆回転を示すものもあれば、一過性の運動のみを示すもの、方向が不安定に変化するものもあった。

2024年、NYUの応用数学者ライフ・リストロフと彼のチームは、超低摩擦ベアリングを備えたカスタムスプリンクラーを製作し、水に浸し、色素とレーザーを使って流れを追跡した。彼らは、逆回転スプリンクラーが通常のものより50倍遅く回転するが、同様のメカニズム（内部のジェットが衝突してトルクを生み出す「内側から見たロケット」のようなもの）によることを発見した。彼らの数学モデルである運動量流束理論は実験と一致したが、S字型のアームでのみテストされた。

今回、リストロフらはその研究を様々な形状のバカバカしいスプリンクラーに拡張し、順方向と逆方向の両方のモードをテストした。結果は運動量流束理論を強く支持し、マッハとファインマンの考えに反するものだった。また、アームの形状がジェット流を制御することを示し、流体の流れをエネルギーに変換するタービンなどの構造物を設計するためのガイドラインを提供した。「我々の発見は、構成要素が流体の流れにどのように応答するかについてのより確かな理解を提供し、将来の工学・技術の進歩を導く知識となる」と、コロラド鉱山大学の共著者ブレナン・スプリンクルは述べた。

リストロフの研究室はカラフルなパズルに取り組んできた歴史がある。2018年にはバブルのレシピを完成させ、2021年には中国の「石林」を研究し、2021年には動作するテスラバルブを製作し、2022年には紙飛行機の空気力学を分析した。なぜなら、最も深遠な物理学は、最もバカバカしいおもちゃから生まれることがあるからだ。