小鸭为什么排成一队游?物理学家说:它们在蹭妈妈的水波
配图:AI 生成的概念示意图,非论文原图、真实现场或实验数据。
TL;DR:2022 年搞笑诺贝尔物理学奖颁给了研究「小鸭为何排队游」的工作。研究者用数学和数值模型算出,跟在鸭妈妈身后的小鸭可以借妈妈制造的水波减小波浪阻力,队伍里这种好处还能往后传。这是一项理论模型研究,说明的是「为什么可能这样」,并不等于测过每只小鸭到底省了多少力气。
这是一件发生在 2022 年的事:当年的搞笑诺贝尔奖颁奖后,「小鸭排队」拿下了物理学奖。获奖理由大意是「试图弄清小鸭是怎么排成队游泳的」。相关论文发表于 2021 年 12 月(10 日)的《流体力学杂志》(Journal of Fluid Mechanics)第 928 卷,网络首发是 2021 年 10 月。
故事的起点很家常。据报道,论文第一作者、现任职于英国斯特拉斯克莱德大学的袁志明,有一次带女儿去公园,女儿问:为什么小鸭总是排着队跟在妈妈后面?他怀疑,这是一种减小水的阻力的办法,于是建了模型来算。
鸭子在水面游动,会不断制造波浪,这些波也要消耗能量,也就是「波浪阻力」。研究团队(袁志明、陈明璐、贾莱兵、季春艳、Atilla Incecik)算出两个效应。
第一个叫「乘浪」:小鸭待在妈妈的波里,位置合适时就像顺着波面往下滑,阻力明显下降;摘要里还提到,在某个特定位置,波的干涉会让这只小鸭的波浪阻力变成「推力」。
第二个叫「过浪」:单列队伍里,从第三只小鸭起,波浪阻力趋近于零,每只小鸭都把波的能量传给后面一只。作者因此推测,水禽演化出成队游泳的习惯,这很可能是主要原因之一。
需要留个心眼:网上流传过「阻力减少 158%」之类的数字,我没能在论文摘要里核实到,所以这里不引用。而且这是简化模型的计算结果,不是给真鸭子戴上测能仪得出的数据。
奖项本身也有个小彩蛋:这个奖是与 Frank E. Fish 共享的,他在 1994 年的一章里就用小鸭的代谢数据讨论过编队游泳节能。研究者还期望这类结果能帮助解释天鹅等水禽的队形,甚至启发更省能的水上运输。
所以下次看到小鸭排成一队,不必只当它们乖:多半是妈妈在前面劈浪,后面的在白蹭波。
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