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科学随笔|老鹰能不能叼走油豆腐

2020-10-15 14:30:47

被秃鹫叼去油豆腐是日本的一句俗语,意为到嘴的东西被人抢走。作家兼物理学家寺田寅彦从这句谚语出发,写了这么一篇随笔,来探究鸟类怎么通过视觉和嗅觉来捕食猎物。


寺田寅彦因其在地球物理学方面以及结晶解析领域的成就,于1917年获得东京帝国学士院恩赐奖。又因为其开了用统计力学来研究生活中物理现象的先河,因此这类研究又被称为“寺田物理学”。也许从这篇随笔,我们可以读出来寺田平时的思考习惯。



老鹰与油豆腐

虽然不知被老鹰叼走油豆腐这件事情是否属实,但老鹰在高空发现地上的死老鼠等物之后,会一路俯冲下来却是事实。


我不清楚老鹰通常的飞行高度是多少,但根据目测角度及老鹰的大致身长来判断,大概有1、200米吧。按照以往的说法,即便从这个高度,老鹰也能用眼睛辨识出地上的老鼠,对此我深表怀疑。假设老鼠的身长是15厘米,要从150米的地方辨认这只老鼠,那老鹰双眼的焦距往大了算也只有5毫米,如此一来,在老鹰视网膜上的影像长度就只有5微米。要辨别这是只死老鼠还是块石头,需要以视网膜上影像长度的十分之一也就是0.5微米为单位,来判断它们形态上的差异。而0.5微米已经等同于黄色光波的波长了,就算不考虑视网膜细胞的细微结构也能推断出,这是相当难办到的事情。


如果不是依靠视力来辨别,其次纳入考量的便是嗅觉,但历来的研究表明鸟类的嗅觉相当迟钝。


作为例证,一般都会引用达尔文曾做的一个实验。据说,他将数只安置在水泥墙一角,把它们一字排开。在离墙角约3米的地方,让人提着用纸包裹住的肉块从它们面前经过,结果所有的都毫无反应。之后他将包着纸的肉块放置在离他们不到1米的地板上,但们仍没有注意到肉块的存在。最后他将这包肉推到了其中一只的脚边,它这才开始啄去包在腐肉外的纸,把纸啄破之后,终于意识到里面装的是肉块。另外,也有其他学者把用帆布包裹着的腐肉放在某种鱼鹰面前,并在这包肉上放上了一片鲜肉。鱼鹰将鲜肉吃了个精光,却仍没有注意到布片下的腐肉。


但我认为这些实验缺乏有力的证明。虽然我只是看了引用这些资料的书,没拜读过原著,没什么发言权,可我认为仅凭这些实验结果就推测肉食鸟类的嗅觉迟钝是极不科学的,更显然不能作为依据,得出老鹰的嗅觉不起作用的结论。

在墙壁前放置肉片的时候,可能是因为那里空气流向的原因,导致肉发散的气味,几乎没有到达到墙角处的头部。同样会想去啄放置在身边的那包肉,也不能简单归结于仅是受到视觉刺激而没有嗅觉刺激。在后一个例子中,鱼鹰可能是因为已经吃了鲜肉,所以就对腐肉的气味不感兴趣了;亦可能是在吃的过程中,习惯了腐肉的气味,从而对其麻木。


在达尔文的实验中,把实验用的肉片带入实验现场之前,那里的空气可能就已经被污染了。即使人类无法分辨,但也许已经长时间嗅闻肉味或其他相似的味道,因为对此类味道麻木,面对刺激也毫无感觉。


除此之外,还必须考虑到以下的可能性。就是说,光靠嗅觉的刺激是不够激发鸟类对某样食物的食欲、并诱发它做出捕食的一系列必要动作的,可能还需要视觉或者其他感官的配合,满足其他附加条件也是做出反应的关键。


又或者,含有香味或臭气的空气对鸟类来说是相对静止的,不能起到有效的刺激作用。如果在空气相对流通的情况下,也许会产生相当强烈的刺激作用。


我曾经在某本书上看到,鸟类的鼻子是嗅不到气味的,口腔代替鼻子起着作用。含有香气的气流迎面扑向张开着的喙时,它的口腔可能就能感受到这个气味。


综上所述,鸟类靠视觉来辨认事物的说法是值得怀疑的,而否定嗅觉的理论依据也意外地站不住脚。在重新审视嗅觉说的时候,最成问题的就是,在地面上的腐肉所散发出的气味散到空气中之后,如何避免被大量稀释,而到达百米高空中。其实从一个简单的物理实验事实可以推论出,这个问题其实根本不算什么。


比如说使长方形的水槽底部均匀受热,就会产生所谓的热对流。在这一情况下,若用漂浮在水中的铝粉来观察容器内水的流动情况,会看到底部受热的水并非全都直线向上走,,形成宽幅较窄的板状流线后再直线向上升。其结果是,与容器底部接触过的水差不多全部都被集中到这个狭窄的区域最后上升,几乎不向外扩散。如果在容器底部放置一粒色素的话,就会发现沾染了颜色的一缕水先是沿着底部扩散,然后在上升的水流中赫然拉出一条上升的线。


假设同样的现象也在空气中发生,把容器底部的色素粒换成地上的死老鼠,那含有死老鼠臭气的那缕流线可能并不会被扩散稀释,而是直接到达相当高度的空中。


这种气流是否真实存在呢?答案是存在。而且这类气流正是老鹰滑翔不可或缺的必要条件。据研究印度的人得出的结论,只有在晴天地面温度升高形成上升气流到下午这股气流停止的这段时间内,才能在天空中翱翔。这样的上升气流的产生是不可能相同的,从类似情况下的实验结果推测可知,它沿着呈蜂窝状或者是呈香肠状的对流涡的边界线形成。鸟沿着这个边界线来滑翔,就能十分省力地在空中浮游。更巧的是,上升气流速度最大的地方正好就是地面上各种香味、臭气最浓郁的地方。所以在飞行的时候,要是突然遭遇强烈的腐肉味,只要马上从这个地方开始下降,顺着这股气味一直追寻下去,就一定能够找到其来源。如果能够做到这一点的话,没有视觉等感官也无所谓。


我认为将秃鹫换成老鹰,这种说法也是成立的。只要重新假设老鹰是有嗅觉的,或者有别的感官在起这个作用,那所有问题的答案就会变得非常明白。但如果实在是不容许进行这样的假设,那所有问题都会被笼罩在神秘的迷雾之中。


关于此事,我希望能去求教相关的鸟类学家。


(一九三四年九月九日,《工业大学蔵前新闻》)


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