知识窗丨为什么说 “猫是液体”

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“猫是液体”,并不是玩笑。2017年,搞笑诺贝尔物理学奖得主M.A. Fardin从流变学的概念出发讨论了猫的物理状态。即物质可以根据时间来表现为固体或液体,关键是观察的时间长度,也就是通过“德博拉数(Deborah Number, De)”来衡量,这一参数最早是由以色列理工学院的教授马库斯·莱纳所提出,可以作为衡量流体粘弹性的参数之一。

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短时间内,猫像固体,因为它保持形状不变。长时间内,猫像液体,可以慢慢流动并适应容器的形状,比如一只猫可以“流动”进一个碗里。

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科学家还观察了猫在不同表面上类似液体的行为,比如猫在粗糙表面上会“铺开”,但在光滑表面上会“滑动”。总的来说,猫作为一种“主动流体”,它们可以自己移动和调整形状,不像普通的被动流体需要外力推动,这让它们的流动行为更复杂。

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猫是液体的前提是它的身体足够柔软,但对于人类来说,头能钻过去身子不一定能过去(此处提醒大家不要随便钻铁栅栏)。而对于猫来说,头能钻过去,身子就一定能过去。其中主要原因是人有锁骨,肩膀的宽度由锁骨的长度和位置决定,这个结构在人类中是固定的。

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然而猫的锁骨基本退化,不像人类有明显的锁骨。没有锁骨的限制,猫可以在一定程度上压缩身体,表现出“流动性”,这也是它们能“挤”过狭小缝隙的原因。另外,猫的脊柱包含30块椎骨,比人类的脊柱少几块。

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通过对猫的X光分析和角度测量,发现猫的脊柱在扭转方面(绕着脊柱纵轴的旋转运动)有着极高的灵活性,尤其是胸椎中段(T4至T11)的扭转范围非常广。实验中测量了猫脊柱在最大扭转时的角度变化,发现扭转角度接近180度。

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而且脊柱的椎骨之间的间隙较大,并且猫的椎间盘非常柔软,有助于脊柱的极大可动性。这种结构允许猫的脊柱在前后弯曲时产生更大的弧度,提供了类似“弹簧”的效果,使得它们能够快速扭转或跳跃,也能够钻过更小的空间。

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科学家们注意到,猫在面对狭窄但高度足够的开口时,并不会立即作出判断,而是靠近开口进行“试探”。它们的鼻子和胡须轻轻触碰开口的边缘,似乎在评估能否通过。

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研究人员观察到,在宽度为12厘米时,约有70%的猫选择尝试通过,但在宽度缩减到7厘米时,这个比例迅速下降到15%。显然,开口的宽度在10厘米以下时,猫会变得更加谨慎。随着实验进行,开口的高度也逐渐降低。

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来源:科普中国 漫画:杨仕成