手指喀一聲折響時，響的是什麼？
― 不是骨頭，是關節裡的液體中誕生了「氣泡空腔」的聲音
拉一拉、扳一扳手指時發出的那個喀聲。大家常以為是骨頭互相碰撞的聲音，其實骨頭並沒有在響。聲音，是在填滿骨頭與骨頭之間縫隙的那一點點液體中誕生的。
用電腦工作到一半，把雙手手指交扣，用力向前伸展。發出喀啦喀啦的爽快聲響，總覺得手好像變輕了。
然而，想馬上再折一次同一根手指，卻怎麼也響不了。過一段時間後，又能再次折響。
而且小時候，應該不少人被大人說過：「一直這樣折，手指會變粗喔。」這是真的嗎？
會響、以及馬上不會再響的理由，其實只有兩個
關節被一個裝滿液體的小囊袋包覆著。把骨頭拉開時，囊袋內部空間變大，液體壓力隨即大幅下降。於是原本溶解在液體裡的氣體一下子跑出來，形成一個空腔。
一旦形成的氣體空腔，不會馬上溶回液體裡。據信要完全溶回，大約需要20分鐘。在這段期間，就算拉伸同一個關節也不會作響。
打開碳酸飲料的瓶蓋時，壓力下降，氣泡就會冒出來。在關節裡，也在一瞬間發生了非常相似的事情。讓我們依序來看。
骨頭與骨頭之間，有個包住液體的囊袋
手指的骨頭與骨頭，並不會直接互相摩擦。接合處被一個稱為「關節囊」的堅韌囊袋包覆著。裡面裝有少量黏稠的「滑液」。滑液扮演著潤滑油的角色，讓關節能夠順暢活動。
這種液體裡，微量溶解著氧氣、氮氣、二氧化碳等氣體。平時囊袋內部維持一定的壓力，因此氣體會保持溶解狀態。
這時如果拉伸手指，骨頭與骨頭之間的縫隙就會變大。然而，液體的量在這一瞬間並不會增加。囊袋內部變成液體量不變、只有容器變大的狀態。
液體幾乎不會伸縮。因此，即使容器只是稍微變大，液體的壓力也會大幅下降。壓力一旦降到某個程度，原本溶解的氣體就會承受不住而跑出來。就這樣，液體中憑空誕生了一個氣體空腔（圖1）。
為什麼折一次之後，過一陣子才能再響？
1971年，英國的研究者拍攝了折手指前後關節的X光片。折響後的關節縫隙裡，拍到了一團氣體。而且他們確認了，同一個關節要再次能夠折響，大約需要20分鐘。
空腔裡的氣體，會一點一點重新溶回液體中。在完全溶回之前，就算拉伸也不會產生新的空腔。因為已經存在空腔，壓力不會再降到那個程度。這就是為什麼馬上折第二次不會響的原因（圖2）。
其實，聲音究竟是在「空腔誕生的瞬間」發出，還是在「空腔崩潰的瞬間」發出，長久以來一直有爭論。1971年的研究認為是「崩潰的聲音」。然而到了2015年，加拿大的研究團隊用能以磁力拍攝體內影像的裝置，將折手指的過程錄成了影片。結果發現，聲音出現的瞬間空腔隨即誕生，之後空腔也一直留著。目前「空腔誕生時發出的聲音」這個看法較為有力。
「折手指會讓關節變壞」是真的嗎？美國一位醫師，用自己的身體做了驗證。他每天只折左手的手指至少兩次，右手則完全不折，持續了大約60年。結果，兩隻手都沒有出現關節疾病，左右手也沒有差異。這份報告在2009年獲得了搞笑諾貝爾獎（Ig Nobel Prize）。
即使是調查更多人的研究，也未發現折手指的習慣與手指關節疾病之間有關聯。不過，過去也有報告指出握力可能略微偏弱，因此還沒有完全定論。如果折手指時會感到疼痛或腫脹，那可能是別的問題的徵兆。這種情況請不要勉強折，應向骨科諮詢。
總結
手指的關節，被一個裝著液體的囊袋包覆著。拉伸時液體壓力驟然下降，原本溶解的氣體形成空腔。那一瞬間的聲音就是喀聲。空腔溶回液體之前的約20分鐘內，同一個關節不會再響。
響的不是骨頭，而是液體。
手指裡，開啟了一個小小的「碳酸瓶蓋」。
液體被拉伸時會發生什麼，也可參考「樹木為什麼能把水吸到100公尺高的地方？」；體內壓力差如何被感受到，可參考「飛機降落前，為什麼耳朵會痛？」。壓力下降、氣體跑出來的話題，也與「火山為什麼會噴發？」相關聯。
- 準備一支沒有針頭的注射器（藥局販售的量杯用或工藝用皆可），吸入約一半的水。先把裡面的空氣推出去。
- 用手指緊緊按住前端的小孔，用力拉動推桿。觀察水中出現細小氣泡或空腔的樣子。
- 放開推桿後，空腔會變小。若用碳酸水做同樣的實驗，氣泡會冒得更猛烈。這是因為溶解的氣體更多。
關節裡發生的，就是這個現象縮到非常小的版本。用手錶測量「自己的手指要過幾分鐘才能再響」，也是很棒的觀察。不過，有疼痛的手指請不要嘗試。
想知道更多 ― 用語、公式、與教科書的連結從國中理科到大學專業科目，明確標示屬於哪個程度的內容
- 國中國中理科所學的範圍
- 高中高中「物理」「化學」所學的範圍
- 高中＋高中的進階內容，或教科書專欄性質的內容
- 大學高中不學、屬於大學專業科目（流體力學、生物力學）的內容
- 研究中連在大學也還不被當作「定論」教授，是研究者正在調查中的話題
國中用語：這個現象有專屬名稱
- 關節囊與滑液：包覆關節的堅韌囊袋，以及裡面充滿的黏稠液體。讓關節能夠順暢活動。
- 空穴現象（cavitation）：當液體壓力下降時，液體中誕生氣體或蒸氣空腔的現象。船隻螺旋槳周圍也會發生。
- 不反應期：折響一次之後，同一個關節無法再作響的時間。手指關節據信約為20分鐘。
國中高中用公式驗證：縫隙稍微變大時，液體壓力會下降多少？
表示液體「有多難伸縮」的量，稱為體積彈性模數。用它可以估算容器稍微變大時，壓力下降的幅度。這裡以囊袋壁不動、液體也不進出的簡化情況來思考。
| 用符號表示 | ΔP ＝ K × ( ΔV ÷ V ) |
| 用文字表示 | 壓力下降幅度 ＝ 液體的伸縮難易度（體積彈性模數） × 體積擴大的比例 |
| 來源 | 就是體積彈性模數的定義本身。是把彈簧伸長量與力成正比的「虎克定律」，套用在液體體積上的結果。 |
| 符號 | 意義與單位 |
| ΔP | 液體壓力的下降幅度（帕斯卡） |
| K | 體積彈性模數。液體的伸縮難易度（帕斯卡） |
| ΔV | 容器擴大的體積（立方毫米等） |
| V | 原本液體的體積（與ΔV同單位） |
| 水的體積彈性模數（滑液大部分是水） | 約 2,200,000,000 帕斯卡 |
| 體積擴大的比例（假設值） | 萬分之一，即 0.0001 |
| 平常的大氣壓力 | 約 101,300 帕斯卡 |
| 壓力下降幅度 | 2,200,000,000 × 0.0001 ＝ 220,000 帕斯卡 |
| 是大氣壓力的幾倍 | 220,000 ÷ 101,300 ≒ 2.2 倍 |
| 那位醫師一年折的次數（一天2次） | 2 × 365 ＝ 730 次 |
| 60年合計 | 730 × 60 ＝ 43,800 次 |
計算結果顯示，體積只要擴大萬分之一，壓力就會下降超過大氣壓力的2倍以上。原本的壓力大約只跟大氣壓差不多，因此液體會處於被「拉伸」的狀態。在那之前，原本溶解的氣體就會先跑出來形成空腔，阻止壓力繼續下降。實際上囊袋的壁也會稍微變形，所以下降幅度會比這個小。即便如此，「液體幾乎不會伸展，因此只要稍微擴大就會讓壓力大幅下降」這一點不會改變。那位醫師超過4萬次的實驗中，關節依然安然無恙（據說本人估計至少折了3萬6千次）。
高中高中＋氣體為什麼會從液體中跑出來
高中溶解在液體中的氣體量，與該氣體的壓力成正比。這稱為「亨利定律」。壓力下降時，能溶解的量就會減少，多出來的氣體就會想要跑出來。這與打開碳酸飲料瓶蓋時冒出氣泡是同樣的原理。
高中＋不過，就算有多餘的氣體，也不一定會馬上變成氣泡。因為要形成氣泡的「種子」，必須克服想要壓垮最初小氣泡的表面張力。在關節中，被認為是緊密貼合的兩面突然被拉開，因而製造出了這個種子。有研究者稱之為「摩擦核化」。
大學用公式追蹤氣泡的誕生與崩潰
液體中氣泡膨脹或崩潰的速度，可以用「瑞利—普萊賽特方程式」來表示。這個方程式把氣泡周圍液體的慣性、表面張力、黏滯性，以及氣泡內外壓力差的平衡，統整成一個公式。2018年，有研究基於這個方程式，計算了手指關節中氣泡的行為。報告指出，氣泡部分崩潰時產生的壓力波，可以解釋實際聲音的大小與頻率。這與表示液體伸縮性的體積彈性模數一起，都是流體力學教科書所涵蓋的內容。
📖 公式推導及更深入的內容：空穴現象（維基百科，日文） ／ 體積彈性模數・壓縮率（維基百科，日文）
研究中目前仍不清楚的地方
- 聲音是「誕生的瞬間」還是「崩潰的瞬間」？ 影片顯示，聲音與空腔誕生同時發生，之後空腔仍然存在。另一方面，也有計算提出這是氣泡部分崩潰時發出的聲音的解釋。兩者也有可能同時發生。
- 會響的人與不會響的人的差異。 有人不論哪個關節都會響，也有人幾乎不會響。一般認為與關節縫隙的大小、囊袋的硬度有關，但尚未明朗。
- 長年累月的影響。 雖然與關節疾病的關聯尚未被發現，但調查握力或腫脹關係的研究並不多，結果也不一致。
也就是說，本文的內容也是「目前已知範圍內的解釋」。折手指這麼一個生活中常見的動作，其實也存在超過50年的爭論。
與教科書的連結（依程度分類）
| 程度 | 科目・單元 | 本文對應段落 |
|---|---|---|
| 國中 | 理科「壓力」「動物的身體構造」 | 關節的囊袋與液體、壓力下降時氣泡產生 |
| 高中 | 化學「氣體的溶解度」、物理「壓力」 | 亨利定律、壓力下降幅度的計算 |
| 高中＋ | 物理・化學進階「表面張力」「核化」 | 氣泡的種子是如何形成的 |
| 大學 | 流體力學、生物力學 | 空穴現象、體積彈性模數、瑞利—普萊賽特方程式 |
| 研究中 | 骨科學、聲學 | 發聲瞬間的確定、長期影響 |
| ― | 與生活的連結 | 為什麼無法馬上折第二次、有疼痛時應就醫 |
- Unsworth A, Dowson D, Wright V. "Cracking joints": a bioengineering study of cavitation in the metacarpophalangeal joint. Annals of the Rheumatic Diseases, 1971.
- Kawchuk GN, Fryer J, Jaremko JL, et al. Real-Time Visualization of Joint Cavitation. PLOS ONE, 2015.
- Chandran Suja V, Barakat AI. A Mathematical Model for the Sounds Produced by Knuckle Cracking. Scientific Reports, 2018.
- Unger DL. Does knuckle cracking lead to arthritis of the fingers? Arthritis & Rheumatism, 1998.
- deWeber K, Olszewski M, Ortolano R. Knuckle cracking and hand osteoarthritis. Journal of the American Board of Family Medicine, 2011.
※本文為一般大眾取向的科學解說。文中數值為幫助理解原理的參考、概估值。若手指或關節出現疼痛、腫脹、活動困難等情形，請勿自行判斷，應向醫療機構諮詢。