http://blog.sina.com.cn/limboman[订阅]
个人资料
反刍动物馆
姬十三

第一帅

王丫米

女王

麦烧

超女

gerry

天文男

龚钴儿

别闹了

小蓟

科学世界

小庄

庄发现

空错

地球物理

赵明

小爱迪生

彭泡泡

画画松鼠

刘念龙

活泼科普

土摩托

美国农民

贝小戎

读品走私

金仕并

植物学

野驴

脑科学

吴欧

华夏地理

张小军

新华社

邢立达

恐龙

黄永明

科编

猛兽馆
松鼠会

当松鼠变成猛兽时

博闻网

how stuff works中文站

麒麟实验室

上海鹿人

评论
读取中...
访客
读取中...
好友
读取中...
博文
已推荐到博客首页,点击查看更多精彩内容鲨鱼的奥巴马式微笑(2009-11-24 13:16)
2007年夏天,业余生态摄影爱好者亚特斯(Bruce Yates)在加勒比海拍摄短吻柠檬鲨。在拍摄的照片里,亚特斯发现那条鲨鱼摆了一个标准的右侧45度角的pose,瞪着小眼睛咧着嘴,很狡黠。

 鲨鱼为什么会笑?这还真不好回答,因为笑学家(gelotologist)们连人为啥要笑这么可笑的问题的答案都达不成共识。莫笑,真有笑学(gelotology)这么一门学问。读者可能很不屑,人为啥发笑?乐呗!此言其实差矣,笑其实还真的很复杂。

 笑不露齿是基本的礼仪。事实上,在大部分哺乳动物的“语言”里,露牙是恐吓或者攻击的信号。狼经常这样做,狗也一样会提起上唇露出牙齿,压低头部,双耳前伸。

 对婴儿的观察研究告诉我们,我们的第一个笑大约是3-4个月的时候出现的,而且笑的对象必定是自己的母亲。而哈哈大笑呢?想要让不会说话的小奶孩哈哈笑,百试不爽的方法就是把她/他抛起来再接住。抓痒痒肉是怎么回事?那不过是来自未知的触摸带来的恐惧感,而后发现不过是无害的熟人的手带来的恐惧感解除的结果。自己挠?除非你想象力太丰富,否则不会带来恐惧感;陌生人?那是性骚扰,恐惧感不会解除。没有恐惧,就没有笑。

 别的动物会不会笑?这取决于你如何定义笑。动物学家们早就发现与我们相近的几种大型灵长类动物也有类似笑的反应。黑猩猩和倭猩猩“痒痒肉”的分布都与人类很相似:它们喜欢挠胳肢窝和肚皮。由于这些猿的声带结构跟人类不一样,因此它们只能嘿嘿笑,想知道那是一种什么声音?请回忆一下《生活大爆炸》里Sheldon的笑声……

 2005年,美国的三位动物行为学家发表了一篇题为《播放狗笑声诱发救助站内狗只压力释放相关行为》的论文。这三位把他们认为的狗笑声录音,放给那些被救助的可怜狗儿听,结果狗儿们听到后纷纷向房里的其他狗低头,做出狗的行为中叫作“玩耍性低头”的动作。快乐会传染,狗儿也懂得。那狗笑声是什么样的?比通常的喘息声更急促更强,类似“嘿嘿嘿嘿”,养过狗的朋友都明白。

 其实,会笑的动物远比你想的更“低级”。2003年,另外两位美国生物学家发表论文《笑鼠和人类愉悦感的进化》向我们展示了一种可爱的小动物:它们会对挠痒痒上瘾,会笑着追逐打闹。这动物就是耗子,它们的笑声我们听不见,那是超声波。

 即便如此,我也可以打保票,开头那条鲨鱼展示的不过是一种“奥巴马式的微笑”———只是看起来像笑而已。其实,我们太容易被这种看上去像笑的东西所蒙骗。比如海豚,造物主给了它们天生的上翘嘴角,使得这种海洋哺乳动物温和的形象深入人心。其实海豚不但滥交成性,而且喜欢滥杀无辜。但在人们心中,海豚仍是微笑天使。

发表于《新京报-新知周刊》,请勿擅自转载。

已推荐到博客首页,点击查看更多精彩内容关于便便的三两事(2009-11-17 20:46)

 

 关于排泄物的各种笑话数千年来长期占据着各种笑话排行榜的前排位置。拿科学宅男开涮的美剧《生活大爆炸》The Big Bang Theory的编剧们也深谙其中奥秘,于是,今年5月初,TBBT的第二季第二十二集里,毕业于MIT的工程师Wolowitz设计的太空零重力马桶出现了故障,于是剧中四个宅男在地面上展开了模拟维修,结果由于接反了真空泵的管道,把一块模拟便便的肉饼从马桶里“发射”到了天花板上。在本集的结尾,太空里飘荡着国际空间站宇航员无奈的声音:“呃。。休斯顿,我们遇到了个小麻烦。。”

  谁知,一语成谶,两个月后,国际空间站的厕所真的出现了故障,幸好当时奋进号航天飞机正对接在国际空间站上执行任务,站上人员还能借用航天飞机的厕所方便,否则。。总之,那一集TBBT不论从笑料和科学常识上都达到了相当高的层次。

                                  

 气味:恶臭与异香并存

 便便其实是个挺严肃挺科学的话题。就拿便便的气味来说———虽然大家看到这里也许都会皱眉头,其实,便便的气味成分并不是唯一的,其中的成分颇复杂。其中大部分都是肠道细菌辛勤工作的副产物。比如硫化氢,纯品是臭鸡蛋气味;硫醇,是一系列化合物的统称,煤气里的怪味就拜其所赐;还有吲哚,它是大肠杆菌及其朋友们分解色氨酸的产物。

 当我还在上学的时候,六楼实验室的某师兄不慎将一小试管高浓度吲哚溶液倒进了下水道,随后实验楼出现了壮观而有趣的场景:先是五楼被迅速清空,几分钟后一楼也骚动了。怎么形容吲哚的气味?教科书里写的是“强烈的粪臭味”。不过,美女们梳妆台上那些价格不菲的香水中,几乎无一例外的都含有这种东西,因为教科书里还写道“吲哚经大量稀释后可有令人愉快的香气”。香水界管那叫“灵猫香”,用作尾香,回味悠长。治香闻名的法国人,把香水唤作Eau de toilette,可能是早就参透了这香与臭之间的奥秘,呃。

 鉴于这些臭东西一般都是些含硫含氮的物质,而其来源主要是食物中的蛋白质。所以一般来说,肉食者的便便臭得要死,而草食者的便便闻起来则要清新得多。

                                     颜色:棕色来自血液

 在大多数时候,便便是棕黄色(也就是俗称的屎黄色)的。这个事实曾经长时间困扰着幼小的我———为啥我天天吃大白馒头,却拉棕色的便便?这个问题的答案牵涉了很多复杂的生理过程。便便的棕色,来自于我们鲜红的血液。每天,我们的血液中会生成大量的死亡红血球,它们所含的血红蛋白被分解成血红素和胆红素。胆红素被转移到肝脏,随后进入胆汁。随后,胆汁被排入十二指肠参与消化脂肪的过程,而胆红素沿着肠道一路下行,与消化中的食物充分混合,给它们染上了棕黄色。

 如果便便总是浅黄色的,可能是吉尔伯特综合征(Gilbert's syndrome)的结果。这种遗传问题非常常见,大约5%—10%的人存在这个问题。他们处理死亡红血球的速度稍慢,所以血液中的胆红素水平略高,而胆汁中的胆红素则偏少。绝大多数的GS患者终生都不会意识到它的存在。如果浅黄色的同时还伴随着腹泻,可能是蓝氏贾第鞭毛虫病(giardiasis)的症状。据估计目前全世界感染蓝氏贾第鞭毛虫的人接近3亿。好在,这种病只会对免疫力极度低下的人产生严重危害。

 绿便的产生有很多种可能,其一,吃了太多的绿色植物;其二,补铁太多,铁质来不及吸收,以绿色二价铁盐的形式随便便排出;其三,肠道里的酸碱值达到某个微妙的值时,胆红素会变成胆绿素,还在吃奶的婴儿经常会出现这一情况。白色的便便十分罕见。我的一位朋友自称在一次吃下33个麦当劳甜筒冰激凌后曾迅速“产”下白色的便便。除了这种极端例子,白便最大的可能是做消化道X光检查时喝“钡餐”的结果。

 医务工作者最感兴趣的是“红便”,那往往是消化道出血的征兆,红色越鲜艳说明血液越新鲜,一般也意味着出血点离“终点”越近。如果已经是暗黑色,甚至是柏油色,那可能是上消化道大出血的结果。不过另一种红便是没必要大惊小怪的,我小时候经常会拉那种红便———过不了几天,便便的地方就会长出一棵翠绿的西瓜苗出来。

本文发表于《新京报-新知周刊》未经许可,请勿转载。

向有相同志趣的同学推荐两本书:

《马桶的历史-管子工如何拯救文明》

《厕所决定健康-粪便、公共卫生与人类世界》

 

怪兽!有怪兽!作为一个写动物科普的人,网络上层出不穷的各类怪兽出没的消息实在让我有点儿好奇心疲劳。不过今天早上网易转载华龙网转载重庆晚报转载英国每日邮报的一则巴拿马海滩人形怪兽的报道提醒:本链接可能包含部分让人不适的照片,请谨慎阅读)还是勾起了我的一点点好奇心和倾诉欲。

重庆晚报9月19日报道 据英国《每日邮报》9月17日报道,近日来,一张令人毛骨悚然的“怪兽”图片风行网络。据悉。一群在巴拿马海边玩耍的孩子撞见这只“恶心”的生物后大惊失色,遂将它打死抛下悬崖。

浑身无毛似橡胶

报道称,这些孩子14日在巴拿马南部巴拿马市海边玩耍时发现了一个岩洞,于是他们想爬进去一探究竟。据他们讲,刚一爬进洞口,这只像用橡胶做成的无毛怪物就冲他们奔了过来。为自卫,孩子们就拿随身带着的棍子将怪物乱棍打死,扔到了悬崖下的一个水坑里。

。。。。。。。。”

原文配发的照片的确让人感觉有些异样和毛骨悚然——没有牙齿的小头、细长的前肢、瘦弱的胸部、鼓胀的腹部,的确很像人。

不过照片中的一个细节一下将其身份从外星怪兽拉回到地球生物上来——照片右侧可以看到这个尸骸长着弯刀一样的指甲。整个动物界,只有两类生物可能长着这样的指甲,那就是异关节目Xenarthra动物,和经过改造的X战警——金刚狼。哦,对不起,金刚狼是想象当中的动物。

有些动物学常识的读者可能都知道什么啮齿目啦,灵长目啦,食肉目啦,偶蹄目啦,这些常见的动物种群,可是知道异关节目的,可能就是极少数了。

异关节目是这些年新出现的名词,之前,它被叫做贫齿目,因为这个目中大部分动物的牙的确很少,本文中的“怪兽”就是这样,可后来人们发现还有些“贫齿”长着一百多颗牙齿,于是这个名字被否决了。于是科学家又不得不找出另外一个共同特征来给它们命名,于是才有了异关节这个稀奇古怪的名字。异关节指的是它们胸椎和腰椎上有着额外的关节。另外异关节动物的颈椎数目也不是大部分其他哺乳动物那样的七块,而是从六块到九块不等。

扯远了,继续说怪兽。不卖关子了,那是一只三趾树懒(至于是三趾树懒属的哪一种,仅凭着一张模糊的照片我实在无力分辨)。

树懒嘛。。不早说!有些读者可能要埋怨我,因为树懒这个名字比什么异关节动物知名度高得多。的确,树懒实在是太酷太卡哇伊了,当然,是长着毛并且活蹦乱跳的情况下。说它们活蹦乱跳的确有点儿对不住那个“懒”字,因为大部分树懒的代谢率非常之低,它们一生中的绝大部分时间就那么挂在树上。吃树叶的时候是挂着,嚼都懒得嚼,有时候就让叶子在口腔里待着,据说这有助于消化。喝?树懒基本上不喝水,叶子里的水分就够了。男女之大欲?也是吊在树上完成的。本文的主角三趾树懒的亲戚二趾树懒妈妈对生孩子这事儿也不急不躁,它的妊娠期长达11个月,可能是类似体型的哺乳动物中最长的。有研究人员观察说,一只树懒一天的移动距离不会超过40米。真是宅中之宅,宅神是也。这样的宅神你就不指望它洗洗刷刷了,树懒的毛发很长,而且跟其他大部分动物不一样,它们的毛发是从腹部开始生长,也就是说如果树懒有“头旋儿”那会是长在它们的肚皮上。树懒浓密的长发里生长着至少6种不同的藻类,这让它们在潮湿的雨季看上去很绿,有助于伪装自己。不过,再宅的宅人也有被逼无奈的时候,树懒排便必须要下地,这很奇怪,难道是怕自己的“天屎”砸到花花草草?本来就慢,加上体型不适合在地上行走,下了地的树懒很容易成为捕食者的猎物。于是,能忍就忍吧,据观察,树懒平均5天才便便一次,于是如果它上一次厕所,体重会减轻30%。

宅男宅女们,来膜拜你们长着冏字脸的神吧!

拜完你们的神,我再来拜我的神。我的神啊,CR达尔文。他当年随着比格小猎犬号周游的时候,在南美洲某地曾经搞到一块神秘动物的下颌骨化石,就是我的偶像大卫艾登堡手里拿着的这一块。当年达尔文发现的时候据说上面还残存着毛发,后来经过达神的研究,证实它是一种与树懒近似的动物的下颌。达神的诤友R欧文Richard Owen将其命名为Mylodon darwinii。现在人们知道,这是一种叫做磨齿兽的史前生物,类似的还有重达5吨以上的大懒兽,它们都在一万年前灭绝了。不过20世纪福克斯公司在《冰河世纪》里复活了一只,傻孩子Sid就是一只地懒

我又跑题了。我们来把怪兽疑案破解完。

巴拿马有树懒是没问题的,树懒生活在中美洲到南美洲的森林里,巴拿马不仅有三趾树懒,还有二趾树懒,可以看这个网页对巴拿马树懒情况的介绍。至于说那怪兽为啥是三趾而不是二趾,当然,照片上看不出它到底有几个指甲,不过另一个鉴别特征还是很明显的,照片上的怪兽的嘴并不是很突出,二趾树懒的吻部比三趾树懒突出得多,更像是猪嘴。令人生疑的是这只死亡三趾树懒的体色,明显是偏淡的,吻部不是常见的棕黑色而是粉红色,不过这也不奇怪,动物的白化是一种常见的遗传问题,可以参见这里,是我写过的一个东西。

剩下的还有两个问题,其一是小孩子的证词。谁说小孩不撒谎!让一只树懒跑起来?这样的情形只发生在想象中。再就是树懒无毛的问题,这也不难解释,因为这具树懒的尸体被发现在海水中,因为巴拿马是一个面积不大的临海国家,如果一只树懒的尸体掉进河里顺流而下归入大海,这一点儿都不奇怪,因为有人在巴拿马Isla Bastimentos的海滩上就拍到过树懒的尸体。一路上水的浸泡很可能是造成脱毛的原因,仔细看那怪兽照片的左上角,还能在树懒的腹部依稀看到残存的毛发。

 

怪兽疑案基本上算是告破了。剩下的时间让我这个航空发烧友再自娱自乐一下。前苏联的众多邪恶飞行器中,有一个号称里海怪物的地效飞行器VVA-14,拆了机翼和发动机的VVA-14实在是太像一只趴在地上的树懒了,哈哈哈哈。

 

午后闲暇的时光里,放一块如丝般顺滑的巧克力在嘴里,唔。。多么惬意的享受。在这种时候,你是多么想与人分享这一刻。当然,如果实在找不到人,旁边那条流着口水的狗也许是个不错的分享对象。养过狗的朋友肯定都知道,这些不说话的朋友跟自己一样,对甜食十分热衷。所以,你又怎么忍心跟它无辜的眼神四目相对呢?

不过我要告诉你,赶紧停手!

狗吃巧克力会中毒,虽然这听上去更像是“维生素C加虾等于砒霜”之类的谣言,不过亲爱的读者,这是真的。

在美国,巧克力是造成宠物狗中毒的五种常见物品之一,其余四位是汽车防冻液、大麻、鼠药和杀虫剂。

巧克力让人欲罢不能的秘密在于其中含有的可可碱(Theobromine)。可可碱的大名叫作3,7-二甲基黄嘌呤,它能兴奋中枢神经,松弛肌肉,提高心律——难怪吃巧克力会让人产生爱情降临的感觉。可可碱还有两位同属甲基黄嘌呤家族的著名兄弟,它们是咖啡因(Caffeine)和茶碱(Theophylline)。仅仅看到这几位的名字你可能就会恍然大悟,可可、咖啡、茶能成为三大饮料,原来是有共同特点的。另外,可乐成为世界第四大饮品同样仰仗咖啡因的帮助。仔细品味,不管是咖啡、可可、茶还是可乐,都有一丝苦味,这同样拜甲基黄嘌呤类物质所赐,它们的纯品都非常的苦,这点本驼亲自试过,读者朋友可以放心。

人类对苦味本能上是抗拒的,因为苦的潜台词是有毒。的确,可可、咖啡、茶这些在植物血缘上八杆子打不着的物种之所以都含有一定量的甲基黄嘌呤类物质,并非这些植物碱是生理的必需,而是为了自卫。因为这些物质对大部分动物来讲是有毒的,不过这招对人所在的灵长类动物不好使。我们对此类物质拥有很高的代谢率,也就是说,体内的这些毒素会很快的通过肝脏解毒和肾脏排泄排出体外。这也是能使人产生欣快感的物质千千万,我们偏偏选择了这几样的另外一个原因。

不幸的是,我们的狗朋友并不是灵长类动物,它并不能有效的排出身体内的甲基黄嘌呤类物质。它需要大约20小时才能将摄入身体的一半甲基黄嘌呤排出体外。以可可碱为例,狗的最小中毒剂量TDLo是每公斤体重16毫克,而能导致一半实验动物死亡的半数致死量LD50是每公斤体重300毫克。另一方面常见的牛奶巧克力中可可碱的含量大约是1.4毫克/克,黑巧克力则是其含量的十倍,大约是14毫克/克。为了让你不被这些数字绕晕,我直接将狗和巧克力联系起来:对于一只体重3公斤的博美来说,一次吃下3.42克黑巧就可能中毒,这只是一小口;一次吃下10克黑巧就可能出现严重的呕吐和痉挛;一次吃下60克黑巧就可能因为心动过速和肌肉强直而要了它的狗命,这也不过只是一板巧克力的重量而已。对不知道饥饱的狗来说,吞下一板巧克力显然不是太难的事。著名的默克兽医手册Merck Veterinary Manual建议,狗一次吃掉的黑巧克力数量超过1.3克每公斤体重,就要送去动物医院救治。相对来说,狗因为偷吃牛奶巧克力而致死的机会少得多,因为除非闯进了糖果店,一条狗一次吃下几斤巧克力的机会并不多。至于所谓的白巧克力,则可以放心给狗吃,因为其中的可可碱含量微乎其微。

猫对这些物质更敏感,不过它比狗有一个优势——由于缺乏一个基因,猫不能尝到甜味,因此对甜品毫无兴趣。而我们为了掩盖甲基黄嘌呤类物质让人有些不爽的苦味,习惯于将其与大量的甜味物质混合。狗恰好像人一样容易被甜食迷得神魂颠倒。马也爱甜食,也对甲基黄嘌呤类物质很敏感,不过它们体形硕大,不太容易因此中毒。

2005年,美国国家农业部野生动物服务中心、美国国家野生动物研究中心的科学家约翰约翰斯顿JOHN J. JOHNSTON就在一篇论文中饶有兴趣的探讨哥伦比亚咖啡和肯尼亚咖啡的优劣、中国绿茶和印度红茶的好坏、可可粉和巧克力棒的长短。当然,约翰斯顿并不是一个美食家,他只是在分析,上面这些东西哪种能更廉价迅速的毒杀野狗。在美国,每年各种野生犬科动物,特别是郊狼,给农牧民造成大量的损失。据美国农业部2001年发布的农业调查公告,仅2000年一年,因遭遇郊狼捕杀而损失的牛羊价值4千4百万美元之巨。怎么杀郊狼成了人们的一大心病。早期人们用氰化物制成毒饵毒杀它们,然而氰化物太过“广谱”,包括人类在内的大多数动物都会因为氰化物中毒。后来人们把目光投向了甲基黄嘌呤类物质,它们不但是犬类的“专杀工具”,而且价格便宜量又足。

同样是狗,家狗和野狗的待遇差得可真远啊。

本文已发表在《新京报—新知周刊》

鲨鱼牙多,可以避邪(2009-09-04 15:04)

昨晚,路过美文书店,正巧刘老板和唐残残在密谋策划之事,见老衲到了,非要拉我垫背吃饭。推辞不过,只好吃一个回笼。饭局就在美文书店旁边的露凝香火锅,饭间,只见几个壮汉抬着一样东西呼啦朝冲进厨房,待老衲转头时,赫然看见一垂直双叉肉尾,分明是一条鲨鱼。

老衲赶紧掏包捞相机,换上广角镜头,装记者跟进后厨。几名渔夫手脚麻利,业已砍下鲨鱼的“鱼翅”,也就是尾鳍、背鳍和胸鳍。目测此鱼约有一米五十有余,腹面白,背面灰蓝,凭老衲的见识,这是一条雄性大青鲨,英文唤作Blue Shark,拉丁学名Prionace glauca

 

大青鲨倒是习见,前两年烟台沃尔玛超市还搞了一条嘴里塞条鲤鱼摆在渔获摊子上镇宅。不过像案子上这般大的,也还比较少,因为太平洋,特别是西太平洋的大青鲨普遍个头不大。渔夫兄弟麻利的砍下“鱼翅”和鳍脚(也就是雄鲨鱼臀鳍特化出来的外生殖器),割下鱼肝和鱼肚,剩下的部分就没有多少“价值”了。这边厢血肉横飞,那边厢我跟渔夫兄弟们套磁,原来他们来自山东威海荣成石岛,那里地处山东半岛的东端,号称是北方最大的渔港。这几天休渔刚刚结束,他们刚开网,就弄到了些大东西。需要说明的是,大青鲨并非保护动物,是可以进行商业交易的。

 

 

鲨鱼是软骨鱼,身上大部分的骨骼是软骨,也就是脆骨,并不易保存。老衲感兴趣的,是这条大青鲨的嘴。也就是上下颌和牙齿,这是鲨鱼全身唯一的硬骨。历来出土的鲨鱼化石也多是这一部分。很快,交易达成,老衲以一些人民币换得这块带骨鲨鱼肉。临走,石岛渔夫拉住我,神秘兮兮的说他手里还有江猪一头,如果需要尽管电话联系。阿弥陀佛,我得联系邢立达mm,否则以个人名义买那玩意儿是违法的。大家不要太谴责渔民,包括鲨鱼在内,他们的这些“大”收获都是意外之财,误捕是鲨鱼和其它海洋哺乳动物最大的生存威胁之一。

 

 

赶回实验室,找出手术器械,花半小时给这块肉剔骨。配制一缸1.5%的氢氧化钠溶液,这种烧碱水是很好的“化肉水”——既能腐蚀掉肌肉和软组织,又能保存骨骼。只是泡制过程比较漫长,我估计需要大约一周左右才能弄妥帖。到时候把白骨捞出,如果需要再用二甲苯或者无水乙醇脱脂,用双氧水漂白,用骨胶整形。将来装修,把此物悬在门口,一定可以祥瑞御免的。


转贴有罪,捅人有理,孔老师您自裁吧。

BTV你能更BT些吗?你收了孔老师多少黑钱?

BTV的SB法治进行时

雷人的音爆(2009-08-15 11:20)

2009年的2月某日,中国中部某小城,严冬尚未过去,大地萧条,人们忙着各种生计,突然,轰隆一声,窗玻璃和卷帘门哗哗作响。汶川地震尚未从人们的记忆中淡出,恐慌随之而来。当夜,数十万人露宿街头,躲避传说中的地震。当然,地震并未来临。

这神秘的巨响从何而来,一时间众说纷纭。不过我们先做一次时空旅行,去到60年前的大洋彼岸。1947年10月14日上午,美国西部鸟不拉屎的莫哈维沙漠。这是晴朗的一天,除了风吹过裸露的山丘外,只有几条响尾蛇懒懒的在沙地上画着S。突然,一声巨响,真正的晴天霹雳,大地为之颤抖,不知道从哪儿冒出来一群奇怪的人,他们欢呼雀跃,把帽子扔上了天。不久之后,一架有着炮弹般外形的橙色小飞机翩然降落在一座荒漠中的机场,从驾驶舱里钻出来一位英俊的小伙子,此人名叫耶格尔(C Yeager),绰号“大块头”的他因为这一声巨响永留史册——他是第一个把声音抛在身后的人。他刚刚驾驶贝尔X-1型飞机超过了音速(右图)

那这声巨响从何而来?让我们把视线从天空转向水面,把一粒石子投入水中,水面便会出现一圈圈涟漪,这是石子扰动水面形成的波。再看看航行的船,船头激起了倒V字型的楔形波纹。在空气中运动的物体与水上行船相似,只不过二维的水面变成了三维的空间,任何在空气中运动的物体都会扰动空气形成波。这看起来没什么,但当物体运动的速度越来越快时,问题就出现了。空气中波的运动速度是有限的,也就是音速,当物体的速度达到音速时,它激起的那些波就被物体本身赶上了,堆积起来。换句话说,就是空气分子来不及逃开,被挤压在了一起。喜欢玩儿水的朋友肯定对这种场景有所体会,水是温柔无形的,不过你如果想玩一下十米跳台,那可要小心,如果玩的不甚熟练,不小心肚皮接触了水面,温柔的水同样可以把你“揍”的七晕八素,肚皮青紫。如果玩儿的更惊险,来个悬崖跳水,如果姿势不当,那跟跳楼没什么区别。如果你没有类似的体验,可以找个风和日丽的周末,或者碰巧赶上商场大减价的时候,去下西单。远远的你看到有个美女,你想快点儿追上她,于是你加快了脚步,很快你就发现人流成了你的阻碍,行人躲开的速度实在有限,你心急如焚,甩开膀子疾走。快到一定程度,你就发现自己再也无力提速了,因为人流变成了人墙。当飞机的速度接近音速,情况与之类似,一堵空气墙横在前面。无奈上火的你多么希望自己变身绿巨人,轰隆一声把人撞得满天飞,哪怕胳膊上挂着七八个潮男靓女也阻挡不住你追求爱情的心。恭喜你,你悟到了超音速的真谛。只要动力足够充沛,结构足够结实,外形足够合理,被空气墙裹住的飞机便会超过音速。此时被压缩到极致的空气被穿透,产生了激波。激波是什么你大可不必详细了解,因为它涉及到“熵、信息、介质、场、紊流”等一系列玄而又玄的概念。你只需知道这激波可以造成压力的剧烈波动。这就是莫哈维沙漠上神秘巨响的来源,它更通俗的名称叫做音爆。如果你有幸听过音爆,你会注意到它实际上是由紧邻的两声巨响组成的,这分别代表了空气被飞机前部撞开和空气在飞机尾部闭合形成的激波。当然,由于地面和建筑物的反射,那声音更像是打雷,绵延不绝。

上图:一架美国海军航空兵蓝天使飞行表演队的F/A-18战斗机低空超音速掠过海面。超音速形成的激波引起空气压力的迅速变化,导致水气凝结,形成所谓P-G奇点效应(Prandtl–Glauert singularity)。同时,冲击波在海面上犁出了一条白浪。

 

音爆的能量巨大,一架低空超音速飞行的战斗机产生的音爆足以震碎门窗玻璃。有一个未经证实的传说,上世纪五六十年代一家开在美国某空军基地附近的养鸡场老板曾经投诉过空军,因为他的上万只鸡都被耍酷的飞行员用音爆震死了。前不久的以巴加沙冲突期间,以色列空军也曾经多次夜间对加沙城实施音爆袭扰,有报道称震坏了350个门窗,造成了儿童的恐慌。

上图这架奇形怪状的丑飞机是美国诺斯罗普格鲁曼公司为研究改变飞机外形以减小音爆而设计的。

超音速飞机造成的音爆很难精确的计算,这跟飞机的外形,尺寸,飞行速度,飞行高度以及大气的特性有关。不过在上世纪70年代之前,人们不用太担心音爆的问题,因为只有少数军用飞机可以突破音速。然而随着著名的协和飞机(右图)的问世,音爆这东西突然变得敏感起来。因为协和是投入商业运行的两种超音速客机之一(另一种是前苏联的图-144,不过使用并不广泛)。有人测量过,一架在16000米高空以两倍音速飞行的协和客机产生的音爆对地面产生的压强高达100帕,相当于给一块一平米左右的窗玻璃上施加10公斤的力,玻璃哗哗直响就不难解释了。我们把压强换算成更直观的声强,100帕大约相当于133分贝,如果你恰好身处某重金属摇滚音乐会的大音箱旁边,就知道133分贝的声音会对你产生什么样的影响了。因此协和被禁止在陆地上进行超音速飞行,这与高昂的营运费用一起直接断送了这种优雅的飞机的生命,2003年,所有的协和退出市场,从此天空中不再有超音速客机的身影。

正是因为听到过音爆的人相对较少,所以它引发的恐慌事件也层出不穷。2006年4月26日,两架军用飞机超音速飞越美国亚利桑那州的尤马市,当地的911报警电话瞬间被打爆,许多民众报告发生了爆炸或者是地震。其实如果你仔细听,音爆之后总是伴随着着飞机飞过的声音,本驼小时候一直以为这是飞机在投炸弹。

如果你没有听过飞机的音爆,那也不要紧。其实音爆经常发生在公园里,很多老大爷喜欢抽陀螺健身,如果不是亲眼所见,你很难想象那清脆的啪啪声是小小皮鞭发出来的。其实,这啪啪声就是一次次小小的音爆,因为根据观测,抽鞭子的时候鞭梢的速度已经突破了音速,这也可能是人类最早突破音速的尝试。

关于鞭子音爆,有兴趣的同学可以参考这篇论文 Shape of a Cracking Whip

http://math.arizona.edu/~goriely/Papers/2002-PRL(whip).pdf

本文已发表在新京报新知周刊上,未经许可请勿转载

魔镜魔镜告诉我(2009-07-30 17:41)

台湾中兴大学校园里有只奇怪的黑天鹅Cygnus atratus,人们总能见它离开栖息的池塘,蹒跚过繁忙的小路,来到车流如织的停车场,然后对着任何一辆光可鉴人的深颜色汽车瞅上几个小时,还不时与汽车亲昵的碰碰头。因为自己是“黑”天鹅,它才喜欢看深色的车?还是它知道深颜色的汽车往往更高档?非也,中兴大学生命科学系的陈木全主任解释说,这只可怜的母黑天鹅太孤独了,以至于把深色车漆倒影(不信你可以试一下,浅色车并不适合当镜子)里的那个它当成了同类——几个月来,这只母鹅先后失去了幼子和丈夫,成为了整个校园里唯一的黑天鹅。

这样看起来,黑天鹅并不是一种太“聪明”的动物,因为它并不清楚“镜子”里的那个影像只是虚拟的自己,而非实在的同类,因而没有通过著名“镜子测试”。镜子测试Mirror Test是动物智能研究中重要的一个实验,意在检验动物有没有“自我意识”。

最早以科学的名义把镜子摆在一只非人类的动物面前的人是伟大的达尔文,他曾经带着一面镜子来到动物园的红毛猩猩Pongo pygmaeus笼子里。第一次照镜子的红毛猩猩们发现镜子背面并没有什么别的猩猩藏着后,坐到镜子前龇牙咧嘴起来。达尔文并没有对这个发现做出明确的判断,毕竟对着镜子做鬼脸既可以解释为猩猩们在与另一只猩猩交流,同时也能够认为是自己在做游戏。

如果你把一只公豚鼠放在镜子面前,它会将镜子里的那个家伙当成竞争对手,先施以声音警告——一连串咕噜声,以牙齿碰撞的咔嗒声结束。发现恐吓不奏效后,它会亮出底牌,叉开腿,把本来收缩在腹部皮肤褶皱里的阴囊露出来。显然,对面那位与自己太势均力敌了,用不了多久,豚鼠就会对镜子失去兴趣,完全无视之。

上世纪70年代,美国纽约州立大学的心理学家高尔顿盖洛普二世Gordon Gallup Jr.重新拾起了达尔文的游戏,并加之改进。他在黑猩猩Pan troglodytes的笼子里放了一面镜子,当黑猩猩已经适应了家里的这个新摆设后,盖洛普麻醉了它,趁黑猩猩昏迷的时候用唇膏在它的眉毛和耳朵上做了记号。当黑猩猩醒来,偶尔向镜子里那个自己瞥了一眼后,有趣的事情发生了,被涂了花脸的它停了下来,用手去摸自己变了颜色的眉毛和耳朵。这显然说明黑猩猩明白镜子里的那个家伙,就是自己。

到目前为止,所有的大型人猿——人类、红毛猩猩、黑猩猩、倭黑猩猩、大猩猩都成功通过了镜子测试,同样被我们认为十分聪明的宽吻海豚、虎鲸以及大象都顺利过关。出人意料的是,一种绝对不被人看好的动物居然通过了测试,这就是最最常见的喜鹊。研究人员在喜鹊的喙下面粘了个彩色的小棍儿,这个小东西并不会让喜鹊感到不适,但当它们路过镜子,发现异样后便会想办法把这个小棍给弄下来。

那些夏天把自家的宠物剪成赖皮狗的主人们可以适当的减少些负罪感了,由于未能通过镜子测验,狗和其他大部分动物一样似乎并不具备“自我意识”。不过,有许多人为狗狗鸣不平,他们认为视觉在狗的感官世界里的作用相当有限,大家都知道狗鼻子好使嘛。于是美国科罗拉多大学的马克贝科夫Marc Bekoff是众多质疑者中最有实践精神的一个。他跟了自己的爱犬杰斯洛后面五个冬天,收集它在科罗拉多的冰天雪地里留下的“黄雪”,也就是被它尿湿的雪。贝科夫认为积雪既能够有效的保存狗尿的气味,还方便移动,所以是很好的研究材料。他发现杰斯洛可以很好的分辨自己“造”的黄雪和别的狗的“黄雪”之间的区别,提示狗也能意识到什么是自己的,什么是别人的。不过看上去这个实验没有镜子测试那样“高级”。

其实我们也不是生来就就能通过这个测试的,人类平均要长到18个月大才能获得跟喜鹊一样的测试成绩。另外,一些生来失明,长大后又复明的成年人也会被镜子吓一跳,需要很长时间才能理解镜像的含义。

即便是双目炯炯的成年人,有时候也未必就能顺利过关。古希腊传说中的美少年纳西索斯Narcissus爱上了自己的倒影,后来化为水仙。纳西索斯并不是一个虚无缥缈的倒影,现实生活中的确有这样的现象,心理学上将之称为自爱欲Narcismus。著名的社会学家潘光旦先生在上世界四十年代翻译的霭理士Havelock Ellis名著《性心理学》中将其传神的译为“奈煞西施现象”。如此说来,开篇那只黑天鹅,也许是一只拥有“高级情感”的动物呢。

 

                                                   本文已发表在《新京报 新知周刊》,有删改