理论物理学博士,科学松鼠会成员,“菠萝科学奖”策划人。利用业余时间尝试各种形式的科学传播活动,译有《宇宙之书》、《隐藏的现实:平行宇宙是什么》和《宇宙的奇迹》。目前在创作科学漫画,个人公众号:sheldon42。
战国时期著名的辩手公孙龙曾指出,白马不是马。这个命题的真伪虽然在智人圈引起很大争议,但在吸马血的虻看来,结论再明显不过了:白马当然不是马!而且,虻还会瞪着一双圆鼓鼓的复眼天真地问:“什么是白马?”
大概是中国人民最熟悉的一匹白马。
白马在自然界非常罕见,这是因为缺少了颜色伪装之后,白马很容易被大型捕食动物发现。而且,白马的皮肤比较敏感,紫外线照太多容易得皮肤癌。所以白马一生下来就活在hard模式中,简直是天妒白颜。但是,相比黑马和枣红马,白马却拥有一个神奇的光环:吸血的虻见到白马就跟“瞎”了一样,不怎么爱往上凑。这又是为什么呢?难道虻天生就是平面设计师,对颜色特别敏感吗?
深色马受到虻的困扰,白马却逃过一劫。图片来自:wikipedia
为了搞清楚虻为什么见到白马就“瞎”,2008年,匈牙利的7个科学家做了几个小实验。首先,他们在阳光直射的草地铺上两块毛面的布,一块是棕色,一块是白色,结果两块布都无虻问津。(虻:你当我真的瞎啊?!)看来,虻喜欢叮深色的马并不是因为喜欢深色。
科学家并没有灰心,他们又搞来一块亮闪闪的透明塑料布,铺在棕色的毛面布上。奇迹发生了, 40多只虻先后像饿狼一样扑上来,猴急猴急地发现没地方下嘴,于是又飞起来再看一看,再一次扑下来,反复扑了170多次,看得一旁的科学家目瞪口呆。刚才不是没瞎吗?怎么同样一块深色的布,盖上塑料布就不认识了呢?
原来,光面的塑料布盖在深色的毛面布上,虽然没有改变布的颜色,但却改变了它的反光特性。太阳光照在一个物体的表面时,一部分光会被乱七八糟地反弹了回来,形成散射光。而另一部分光仿佛认真听老师讲课了,会按照“反射角等于入射角”的光学定律整整齐齐地反射出去,形成反射光。
也许是虻都需要喝水,也许是因为雌虻需要在水边产卵,也许是因为雄虻需要在水边泡妞,总之,虻能根据亮闪闪的反射光认出哪里有水。
虻们偏好水面这样亮闪闪的反射光。图片来源:123rf.com.cn正版图片库
在物理学中,反射光和散射光有着本质的不同。因为光是一种横向振动的电磁波。比如,当一束太阳光直射你的眼睛时,有的光在让电磁场左右振,有的光在让电磁场上下振,还有的光在让电磁场斜着振,反正太阳对所有的光一视同仁,三百六十度,度度都能振。一旦太阳光照在物体的表面上,情况就截然不同了。在反射光出射的方向上看,反射光绝大部分是左右振的(叫做水平偏振)。而散射光的振动方向仍然是鱼龙混杂,只是上下振的比例略多一些(叫做弱偏振)。
虻的眼睛也许是在演化中适应了水的反射光,总是喜欢往水平偏振光多的地方跑。一块毛面布摊在草地上,虻看到的大部分是弱偏振光,自然就没什么兴趣。一块塑料布铺在毛面布上,水平偏振的光的比例增加了,虻定睛一看,“花姑娘滴、米西米西滴大大滴有”,便会屁颠屁颠地扑上来。
于是,白马非马的难题也就迎刃而解了。7个科学家弄来几只不同颜色的马和牛,还弄来几座不同颜色的马的雕像,放在测量偏振光的仪器下一看,果然,你看你也瞎!黑色和棕色的马(以及牛和雕像)吸收的光多,散射的光少,相比之下,反射的偏振光就很显眼。它们在仪器中明暗相映轮廓清晰,不咬它咬谁?而白色的马(以及牛和雕像)吸收的光少,散射的光多,相比之下,反射的偏振光就不明显了。它们在仪器中茫茫一片,分不清哪里是草哪里是马,难怪虻要瞪着圆鼓鼓的复眼天真地问“什么是白马”,因为它们根本看不见好吗!
所以,虻是因为爱水,才爱上了水反射的水平偏振光,因此爱上了通过水平偏振光寻找嗷嗷待咬的冤大头。你可能会问了,别的昆虫也爱水啊,别的昆虫会不会也有这个毛病呢?其实,在这7位科学家中,有一位加博尔·霍瓦特(Gábor Horváth)老师,早在他们忽悠虻扑咬塑料布之前就干过类似的缺德事了。
早在2005年的时候,Horváth就和另外3位科学家研究过匈牙利的一种重口味的赤蜻蜓(Sympetrum depressiusculum)。跟匈牙利的其他蜻蜓不同,这些赤蜻蜓特别喜欢往墓碑上爬,而且还是黑色的墓碑。它们自然不是库布里克的粉丝,也没见过《2001:太空漫游》里的黑色石碑。这些赤蜻蜓跟虻一样,可能是被亮闪闪的水平偏振光吸引而来,误把方方正正的墓碑表面当成了水面。有些雄性赤蜻蜓把黑色墓碑当成自己买的商品房,谁过来就揍谁。不过飞来的若是漂亮妹子,它们还会主动上前要求啪啪啪呢。
蜻蜓,以及它们钟爱的黑色墓碑。图片来自:GÁBOR HORVÁTH et al.
最终,这两拨关注点独特的研究者获得了2016年搞笑诺贝尔物理学奖。虽然在白马黑石的问题上,这两种虫儿有点儿瞎,贻笑于智人。但请各位智人仔细想一想,人家虻和蜻蜓自带偏振光检测仪,能识别水平偏振光,不young不simple,虽然sometime naive,但在物理学方面可比你们人类不知道高到哪儿去了啊!
(编辑:窗敲雨)
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