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蜗牛能爬快点儿么?

蜗牛吃菜

已经发表在7月份《新知客》专栏,切务转载。

像蜗牛这种动物,一直给人的印象就是移动得很费劲儿,但仿生学家研究发现,蜗牛的爬行方式也包含了大自然的智慧。其主要法宝,就是它分泌的粘液。蜗牛能在墙上不掉下来,靠的主要它粘液的粘力;但是蜗牛又不是像胶水那们被粘死在墙上,它爬行的时候要拿粘液当作润滑剂来用。如果蜗牛的粘液粘稠到能承受其自身的重量,那它在这种粘液上爬动岂不是一直要使出自身重量水平的力气?这对大多数陆地生物来说都是很费劲的事情。

其实蜗牛分泌的粘液,不是那么简单的液体,它的性质能使蜗牛在墙上“四两拨千斤”。经典液体的粘度是一个常数,不会随外力而变化。但蜗牛的粘液不一样,当施加的外力较小时,它的粘度很大,表现为很粘稠的东西,能把蜗牛粘住不滑下去。但是当施加的外力大于一定值后,它的粘度就会突然下降,变成很稀稠的东西,具有润滑的效果,蜗牛能很轻松地爬行。如果撤去外力,粘液的粘度又能很快恢复到原来的水平,使蜗牛不至向后滑下太远就能停住。因此,蜗牛爬行的时候,并不用一直使出搬动自身重量的力气,只要刚“启动”的时候使一下劲儿,把粘液变成很稀的东西,爬的时候就轻松了。

蜗牛的粘液的这种性质叫做“屈服”。力气不大,它就很强;力气大了,它“屈服”了,就变成很弱的东西了。如果想让蜗牛想爬得更快就要找一种屈服之后能变得越稀,同时静止后又恢复得很快的液体。在真实世界里,很难找到一种极端矛盾的液体。研究发现蜗牛分泌的粘液,已经达到了最佳的性质了。人造产品中的很多屈服流体,如果拿去给蜗牛用,不要说爬得更慢,甚至爬不成都有可能。例如玻璃瓶包装的茄汁,放久了一下要倒出来还倒不出来,要用力晃很久。可是一旦晃出来了,就很容易“啪”地倒出来一大滩,无非是屈服了。不过茄汁要放上一天才能恢复原来的粘度,如果给蜗牛用,它要么就爬个不停,否则一停就老粘不住。

细菌不游蛙游

该文已发表在六月《新知客》专栏,切勿转载!

不同体积生物的雷诺数
不同体积生物的雷诺数

夏天到了,游泳池中多起来的不只是人,还有细菌。虽然同在一个池中游泳,但是我们的肉眼看不见它们,它们所采用的游泳姿势也和我们不同。对我们来人说,在水里蹬一蹬脚,划一划手,总能往前游上一两米。只要收脚和收手的动作慢一点,就不会倒退,再一蹬一划,人就能继续前进。这是蛙泳。但是对细菌们来说,做这么一套动作只能原地不动(假如它们也有手和脚的话)。因为它们收脚收手那一下无论做得多慢,都能把它们重新拉回原处,所以它们来回地蹬腿和划手,只能在原地晃来晃去。难道在它们的世界有一套不同的物理定律?

不同的不是物理定律,而是一个小参数——雷诺数。它反映的是物体惯性和流体粘度重要性的比重。雷诺数越大,说明惯性的作用越大,流体粘度的作用越小。人、鱼、蛙等宏观生物在水里游泳,雷诺数的值都是几千几万的,这说明惯性的作用远大于粘度的作用,水的粘度几乎不用考虑,腿一蹬,光靠惯性就能跑很远。但是对于细菌来说,雷诺数则为几万分之一,粘度的阻力是主要的,惯性则几乎没有用。对它们来说,在水里移动,相当于人要在浆糊里游泳一样困难。

1977年,E. Pucell提出了一个定律:在低雷诺数条件下,任何对称的周期往复运动都不能实现净位移或净速度。这就是说,细菌可以采用某种不对称的,不回复的运动方式来实现在水中的移动。事实上的确是这样的,那些长有长尾巴的细菌,就是用一个马达把尾巴往一个方向甩动实现速度的,还有的细菌通过不断地呑吃和排泄来实现移动,这些都是只有一个方向,不对称、不往复的运动。科学家们还在积极地建立类似地模型进行试验,为将来能制造出在体内自主移动的医用微型机器人。

E. Pucell的涂鸦
E. Pucell的涂鸦

专家意见和读者问答之我见

写“按”写上瘾了:最近写了一篇东西讲了一下我对《新知客》某期杂志的看法,本意是要赞扬它,但这几天许多朋友(嗯,你们好!很高兴认识你们)联系了我,我就重新看了一下我都写了啥,这一重读让我直冒汗,因为我怎么看怎么像是在批评人家。不过写都写了,还搞到科学网上去了,就不去多做解释了。这两天我又想到了两个问题,抛出来胡评一下。

“专家意见”和“读者提问”是很多科普杂志都要面临的两个问题。所谓“专家意见”的问题,就是在新闻报道和科普散文里对某专家言论的引述。所谓“读者提问”问题,则是指一个让读者提出他们感兴趣的科学问题的Q&A栏目,这种几乎每本科普杂志都有。

砖家叫兽

人民群众目前对于专家教授的基本认识是“砖家叫兽”。因为,专家说的具体内容,他们都听不懂,更评判不了。他们所做的唯一的事情,就是根据专家的话所暗示的直接结论来判断专家的道德良心。这么做的话,专家好像就是一个定性者、定论者,特别是大多数报道中专家意见都是放在最后,俨然能“一锤定音”。目前在群众中极有市场的阴谋论自然也就不会放过专家了。事实上,任何一个大众不了解的,透明性低的组织,都会被“阴谋论”一番。专家教授之所以是“砖家教授”,根本原因在于其不透明。其中最大的不透明,也是矛盾最尖锐的地方,就是——

凭什么你说的就是对的?

遗憾的是,在我看来直到现在,大部分的人还是将这一困难归因于“难于逾越的专业知识的鸿沟”,却忘了就算在学术圈内也是严重的隔行如隔山,但这种“鸿沟”却并没有像专家与公从之间那样造成如此大的沟通障碍,而是恰恰相反,成为了学术交流的必要性和动力。到底为什么同样的“鸿沟”,横在不同人之间,作用就这么不同呢?

在学术交流中,弥补这一鸿沟的是同行评议,而不是权威。那些科学研究的新闻快讯之所以要强调“No paper no news”,就是因为paper的发表过程都一律经过了同行评议阶段。除此之外,报道内最好还要采访其他同行的意见,增加同行评议在报道中的分量和地位。学术圈内人士正是凭着同行评议来判断别人说的对不对、多大程度上对的。

我认为在面向一般公众的科学报道和科普散文里,也要坚持把专家意见置于同行评议中,与同行评议一起展现。也就是说“专家意见”要包含两种内容,一是该专家对这件事情的意见;二是该专家对其他专家意见的意见。这样做的好处是,由于访问的专家人数多了,说法也多了,就淡化了专家的“立场阴谋论”色彩,还原了专家意见本来的功能和地位。毕竟,社会的不幸不是科学造成的,在绝大多数情况,科学也不会是什么救世主。把公众情绪转移到了专家、城管、医生等人身上,反倒让我不得不把媒体作一番“转移视线”的“阴谋论”考量,显得很亲民,其实是喉舌,掩盖真正的矛盾。

这无形中对记者提出了一个比较高的要求,那就是他/她必须有一定的组织同行评议的能力,能够在同行评议的高度上选定采访对象,整理采访手稿,最后组织出来。这种要求显然是不现实的,需要在读者、记者、专家的三角形中再作一条辅助线——一个科学传播服务组织。尽管意识到这一点的人早就不少了,我国也好像名义上的确有这么一个组织,但现在基本上看不到什么作用。我认为除了目前已经做的努力之外,应该再尝试更多的做法。例如,我们要刺激,引导专家之间对社会问题的讨论。这是可行的。从科学网博客的态势来看,专家中不乏“愤青”,更不乏与群众共呼吸的人。三聚氰胺事件期间,科学网上众多为人父母的老师进行了一场理性与感情的高水平的激烈碰撞。其中一位博主在博客中做了一个儿子受毒奶粉所害的全程记录,熔爱恨和理性于一炉,感动了每一位科学网读者,遗憾的是这些文字没有能够感动更多的人。显然,专家之间的自发讨论,比记者对专家一番追问,然后似懂非懂地,完成作业式地产生一个“专家意见”段落,质量要来得高得多。我举科学网的例子,不仅仅是叫记者们都去利用科学网这一资源。其实只要有这一意识,通过采访的手段也可以形成一定程度上的同行讨论。

当然,要加强专家的积极性,离不开记者在转述上的负责态度。很多专家抱怨报道上街了之后他原来的话被明显曲解和断章取义。这些短视的记者其实在长远上断了自己和同行的采访伙伴。这都是老生常谈了。我在这里要提出的是,解决这一问题,正如解决任何问题一样,光靠自觉是不行的。目前我没听说有什么法律去规定这种行为,而且新闻事件五花八门,媒体也不可能一劳永逸地地跟特定的几个专家建立“诚信备忘录”。但是在目前的状况下,一个媒体起码可以高调地、专门地向所有专家——潜在采访对象——作出哪怕比较空泛的广告式承诺,展现出一个姿态。做这样的事情有用吗?我们可以这么去看:如果说《科学新闻》在采访科学家们比其他媒体要方便和顺利,很大一部分原因是科学家们预先对它的信任。这一信任也不见得就是来自于什么具有法律效力“合同”或者“诚信备忘录”,它无非是来自于《科学新闻》的背景和形象——包括它“为科学家服务”的口号。换句话说,假如另一个媒体用心地去做一个负责任的好形象,也能获得像《科学新闻》那样的采访便利。对于《新知客》这样的杂志来说,就更加值得花工夫去做这么件事了。《新知客》除了要以它本身所做的科学报道和科普散文的所谓“精准和客观性”来赢得所有读者的信任和好感外,更需要特意向专家宣传它的理念和诚意,因为正如我上一个“胡评”中说的,至少我是对科普文章不感兴趣的,我相信《新知客》的读者中专家不会太多。

读者论坛

第二个问题是读者论坛的问题。以我对《新知客》的理念,它强调的是“生活中的科学”,或者“科学生活”。科学生活不是生活方式的一种,而是现代社会的特征,是每个人都没办法回避的。事实上所有人都是“科学生活”的同行,关于“科学生活”,我们也要搞同行交流,同行评议。目前的读者论坛,还是老一套——读者-专家式的二元体系。

为了说得通俗一点,我举一个例子。吃苹果削皮好还是不削皮好?现在大家都已经把这个问题当作笑话,也不会再觉得这个问题需要专家了。因为,这不过一个是卫生问题和口味问题而已,大家好自为之即可,根本不需要什么专家。但是在当初,这倒是一个俨然挺需要专家的问题。大家都看了很多关于苹果皮里含有什么果肉没有的物质,都有什么作用。说吃了能补充什么营养,又说多吃造成什么问题等等。其实了解这么一堆知识,就算你都看懂了,对于你削不削皮,一点帮助都没有,到头来反到感觉这一切很可笑,觉得科学无非是一种让人变得很二很迂腐的东西。这是为什么呢?就是因为这个问题被放在了“专家-读者”这么一种二元体系中去了。总的来说,所有的“生活中的科学”
,都不宜放在这种二元体系当中。尝试想象另一种情况,如果这些专家们不以专家的身份出现,而是以“咱也爱咱苹果”的“同道中人”的身份出现。他只用告诉大家,他自己吃苹果削不削皮,为什么?不削皮的,就不怕某某弊端么?等等。这样就能充份显示专家的真正作用了——他们无非是想问题比较有一套,说话讲究有理有据,在知识爆炸的信息时代不太容易迷失的一群人罢了!科学的生活,当然不是书呆子的生活,不是科研生活,而是不迷信,不盲从,讲道理的生活。“专家—读者”的二元体系,根本不是在打破迷信,而不过是叫人迷信科学罢了。真正的“科学生活”的理念,应该体现在让大众——包括那些大食大用人间烟火的“专家”们——放在一个平等的平台中进行同行式交流上面。事实上这样做的最终结果就是科普的最高理想——科学精神之普及。

当然,这只是一种理想化的建议。事实上,这么做的话,一个科学生活的论坛很容易会成为美容论坛,例如总会有那么一些读者声称“资生堂的补水精华比欧莱雅的更适合东方人皮肤”。但只要你把专家也变成了读者,至少在这一个论坛里会有相当一部分人的声音是“我导师曾给某企业开发的补水配方就是拿往淀粉糊里加透明质酸结果成了‘芦荟精华’”这样的广告里的伪专家绝对说不出口的话。更不用说当有的读者分享参加“胎教班”的体会的时候,同地会有更加宝贵的不同声音出现了,更可贵的是这个声音不是以一个貌似从不生育的“专家”口吻,而是以一个当了母亲的妇产科医生的口吻来说出。和广告不同的是,这不是故意骗人,而是大家都无知且都求知;和教科书不同的是,这里没有不食人间烟火站着说话不腰疼的专家教授;和松鼠会不同的是,这不是茶娱饭后的新潮娱乐,而全都是生活中的要紧事、原汁原味的。(致范编辑:我曾经说过,最牛的高分子材料专家其实是各位精明的家庭主妇。他们对高分子材料的娴熟而又创造性应用能让很多男工程师们刮目相看。)