“Hoe de poep-emoji zijn vorm kreeg”,这条荷兰语新闻稿的标题直译过来就是“便便表情符号如何获得它的形状”。如果不是阿姆斯特丹大学正儿八经地发布,你大概会以为这是某个语言学家的冷笑话。然而它指向的竟然是一篇发在《自然通讯》上的正经论文,研究的对象是海蚯蚓向上排便的流体力学。从emoji到潮间带蠕虫,这转折的弧度比论文里分析的粪便线圈还要离谱。
先说说那个emoji。在表情符号的庞大字母表里,便便emoji的形象一度被官方定义为一座锥形塔,由一圈圈盘旋的粪便绳索堆叠而成。Emojipedia网站更是贴心地把它比作“软冰淇淋”——这要是在现在这个热浪频频的季节被人看到,恐怕给人留下的心理阴影比任何恐怖片都持久。2017年那部堪称“影史奇观”的《表情奇幻冒险》里,这个便便角色还是由帕特里克·斯图尔特配音的,就是那个演过莎士比亚、当过星舰舰长的男人。所以接下来谈到的所有研究内容,请自动脑补他用最洪亮的古典戏剧腔调念出来,画面立刻变得又科学又荒诞。
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顺着新闻稿摸下去,就能看到今年4月发表在《自然通讯》上的那篇《海蚯蚓粪便的物理学》。论文作者一本正经地解释道,很多动物都能拉出那种盘旋状的粪便,蚯蚓是典型,一些哺乳动物也偶有示范。这种形状的背后有个挺精密的物理机制:当一条条流体“绳索”掉落到一个刚性表面上时,会在重力、惯性和黏性三重作用下自动盘成卷。简单说,不是它们想卷,是物理帮它们卷。
到这里为止还勉强算正常,可海蚯蚓偏偏要搞特殊。大多数动物都是屁股朝下,利用重力让粪便下落成卷。海蚯蚓却生活在潮间带沙地的U形洞穴里,落潮时会把肛门正好摆到洞口边缘,然后对着天空、逆着重力方向向上排泄,最后在沙面上留下一小撮盘旋的排泄物。一边顶着重力向上喷射,一边还要保证排出来的线圈不塌不散架,抵抗所谓的“屈曲不稳定性”——论文里真就用了这个术语,搞得像在分析建筑材料。好在那些沙地里的蠕虫显然没让工程师操心,它们的便便卷在这种奇怪的操作下照样稳稳当当。
更有意思的是线圈的半径。研究人员发现,对向下排便的动物来说,半径很大程度上取决于粪便从多高的地方掉下来,也就是下落高度起关键作用。但海蚯蚓向上排便,没有这个下落过程,它的线圈半径就“完全由材料属性和绳索几何形状决定”。换句话说,便便的配方和自己肛门的输出结构,直接决定了成品尺寸,跟掉落距离没关系。这种干净利落的因果关系,可能连3D打印师傅都要羡慕。
研究团队不满足于只分析一堆蠕虫粪便,还用同样的数学模型去套米粉和意面下锅时的盘曲过程,结果也能精确描述。这就很过分了,你一物理学论文把别人的晚餐都给卷进去了。最后文章以一种极具哲思的口吻作结:原来宇宙的设计并没有那么烂,连便便的缠绕方式都暗合一套优美的数学规律。
顺带一提,同期的《反馈》专栏还起了个关于排队优化的头,讨论火车晚点到站是该让优先通行还是乖乖等待,什么才算既公平又高效。然而就在“铁路系统该怎样运行最合理”的问题刚要展开时,文字戛然而止,只留下一句“Feedback has no”——仿佛在说,这个问题啊,没有答案。一边是海蚯蚓的排便圆舞曲被物理学家写成了方程,一边是现实世界的排队难题连个结尾都没捞着,科学的温柔有时还真是偏心。
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