趣味物理学:续篇
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2.克雷洛夫对力学原理的背离

克雷洛夫寓言的中心思想是:如果同伴之间做不到心齐,就什么事情也做不好。我们可以通过刚才讲到的例子得出结论,他的思想跟力学原理是相矛盾的。虽然几个力的方向不同,但是说不定也会产生一些效果。

克雷洛夫曾经对蚂蚁赞赏有加,称它们是劳动者的楷模,不过蚂蚁的工作方式却鲜为人知,事实上,它们的工作方式正是我们这位寓言家嗤之以鼻的模式。不过,它们的工作模式非常成功,这是遵循力的合成规律的结果。如果我们认真观察蚂蚁是如何进行工作的,就会发现,表面上看,它们是在进行团队协作,但是每只蚂蚁都有着自己的工作,它们并不会帮助其他的同伴。

一位生物学家形象地描述了蚂蚁的工作方式:

在一块平地上,数十只蚂蚁正在拖拽一个猎物,看上去每一只蚂蚁都拼尽了全身的力气,全身心地进行着团队协作。但是,如果它们拖拽的猎物被类似毛虫之类的障碍物阻挡了前进的道路,必须进行绕行的时候,你可以发现,无论身边的同伴在做什么,每一只蚂蚁都只顾着自己,它们埋头拼命死拽,期望能够快点通过障碍物(图12和图13),它们有的向右边拖拽、有的向左边拖拽、有的向前边拖拽、有的向后边拖拽,完全就是无组织的行为。通常情况下,它们会对衔毛虫的部位以及拖拽的方向做出调整,举个例子,如果四只蚂蚁都朝着相同的方向拖拽毛虫,而六只蚂蚁则向其他的方向进行拖拽,如此一来,在合力的作用下,毛虫会向六只蚂蚁施加作用力的方向移动,因为四只蚂蚁施加的作用力小于六只蚂蚁施加的作用力。

图12 蚂蚁怎样拉毛虫

图13 箭头指的是蚂蚁的用力方向

我们不妨再举一个例子,这个例子更适合证明蚂蚁绝不是协同工作的典型(它摘自另一位生物学家的著作)。图14向我们展示的是25只蚂蚁正在拖拽一块形状为长方形的奶酪。奶酪用极慢的速度向位于箭头A方向上的蚁窝挪动。根据我们的常识判断,前面的蚂蚁施加的拉力一定是向前的,后面的蚂蚁施加的推力肯定也是向前的,而位于两侧的蚂蚁施加的力也是向前的。但是,事实并非如此,证实这种判断很简单:准备一把刀片,用它将奶酪后面的蚂蚁统统隔离开,这样一来,你会发现奶酪比原来移动得快很多,因为奶酪后面的11只蚂蚁施加的拉力并不是向前的,而是向后的,它们向后拖拽的目的也是要把奶酪拖拽到蚁穴里去。如此一来,对于前面的蚂蚁来说,后面的蚂蚁非但帮不上什么忙,反倒是给大家拖了后腿,将前面蚂蚁的拉力抵消了一部分。四只蚂蚁能够完成的任务,却用了足足25只蚂蚁,就因为它们施加的力方向各不相同。

图14 一群蚂蚁如何将奶酪沿着方向A拖到蚁窝

其实在很早以前,马克·吐温就发现了蚂蚁独特的工作特征。他曾经描述过一只蚂蚁在发现了一根蚂蚱腿后,找来它的一个同伴帮它一起拖走蚂蚱腿的故事。他是这样描写的:

“其中一只蚂蚁咬住了蚂蚱腿的一端,另一只蚂蚁咬住了蚂蚱腿的另一侧,它们开始用力地拽,咦?它们拖拽的方向不一致啊。两只蚂蚁都意识到了事情有些不太对头,可是又不知道是什么原因导致了这样的情况,所以这两只蚂蚁大吵了一架,甚至演变成了拳脚相加。最后它们又和好如初,接着拖拽蚂蚱腿,依旧朝着不同的方向。此时,那只在打斗中负伤的蚂蚁对猎物不离不弃,将自己绑在蚂蚱腿上,没办法,那只毫发未损的蚂蚁只能拼尽全力拖走猎物以及这个讨厌鬼。”

因此,马克·吐温用幽默的表达方式描写道:“认为蚂蚁的工作方式是正确且具有效率的家伙,往往是那些经验少,还喜欢不加思考妄下结论的自然科学家。”