腦子天下第一：第10屆菠蘿科學獎今日揭曉
創(chuàng)立于2012年的菠蘿科學獎今天迎來了第10次頒獎。本屆頒獎典禮的科學主題為“腦子天下第一”，有10項富有想象力的科研成果和事件獲得了2021年菠蘿科學獎。
本屆頒獎典禮首次采用“無接觸自助式頒獎”，沒有頒獎嘉賓和外部觀眾，沒有現場組織人，獲獎科學家按照流程自行獲獎者上臺，領取獎杯、發(fā)表感言等流程均通過自助方式完成。
菠蘿科學獎以“向好奇心致敬”的名義，廣泛征集有想象力的科學研究成果和事件，每年舉辦頒獎典禮對其進行褒獎和傳播。菠蘿科學獎致力于找到那些并無野心改變世界，但也不會被世界摧毀好奇心的人，和更多的人一起分享科學。
菠蘿科學獎設有物理獎、化學獎、數學獎、心理學獎、醫(yī)學生物獎等常規(guī)科學獎項，頒發(fā)給在各學科領域中富有好奇心和想象力的研究。如2012年心理學獎“數錢可以減輕疼痛”、化學獎“瓦罐雞湯主要滋味物質研究”、2014年醫(yī)學生物獎“東亞人更愛流汗”、2015年數學獎“一根棒棒糖能舔多少次”、物理獎“蚊子為什么不會被雨滴砸死”、2019年生物學獎“恐龍也得頸椎病”等等。看似搞笑的研究背后都蘊含著科學家們對這個世界的好奇心。
在常規(guī)科學獎項之外，菠蘿獎特別設置菠蘿U獎和菠蘿ME獎，頒發(fā)給那些也許是無意中為科學傳播做出貢獻的事件或人物。菠蘿U獎關注事件，如2018年獐子島扇貝屢屢離奇失蹤引發(fā)全民討論扇貝生活習性；2019年一條讓人印象深刻的宣傳語“澄江小蟲蟲 你的小祖宗”讓澄江化石迅速走紅，這兩個事件都獲得了當年的菠蘿U獎。菠蘿ME獎聚焦于“人”，如在課堂上劈磚演示物理原理的川大教授，模仿美妝博主講解實驗室設備的醫(yī)學生，他們用一種幽默而獨特的形式引發(fā)公眾對科學的關注，是當之無愧的菠蘿ME獎得主。
菠蘿科學獎還設有一些特別獎項?；孟氇勚荚谥戮茨切┨祚R行空的想象力，葉永烈的《小靈通漫游未來》、劉慈欣的《三體》都是本獎項致敬的對象。發(fā)明獎尋找那些看似古怪，實則能引人思考的發(fā)明創(chuàng)造。如19年自拍桿發(fā)明人川上賢司的“反偵察皮鞋”。
戴森球是什么玩意？讓你從砍樹開始造一個征服宇宙的球
撰文 | 思故淵
本文是2021菠蘿科學獎菠蘿U獎的解讀。
1959年，美國物理學家弗里曼·戴森在《科學》雜志上發(fā)表了一篇論文，名為《人工恒星紅外輻射源的搜尋》（Search for Artificial Stellar Sources of Infra-Red Radiation），其中提出了這樣一個假設：
我們可以認為：人類目前所使用的一切能量，本質上都是太陽輻射出來的能量。化石能源，實際上也是在幾億年前植物進行光合作用固定了地球上的碳元素，然后經過地底的高溫高壓形成的能源。我們利用的資源，本質上是儲存了幾億年的太陽光。
既然地球在軌道上只接收了極小一部分太陽輻射的能量，那么，如果我們將整個太陽包起來，捕獲大部分甚至是全部太陽輻射的能量，那么所能擁有的能量豈不是現有的許多許多倍？
弗里曼·戴森和他的戴森球天體理論。
這實際上就是“戴森球”的概念起源，指的是技術文明使用技術手段建造一個巨型的人工結構，將整個恒星包裹起來。戴森認為，長期生存的技術文明對于能量輸入的需求是在無窮無盡增長的，而戴森球就必然會成為能量需求增長的解決方案；如果人類文明能夠持續(xù)延續(xù)下去，遲早有一天能量需求就會膨脹到需要利用恒星的大部分甚至全部能量輸出。而且這個解決方案目前沒有本質上的科學上的困難。
在有了現代軌道衛(wèi)星和太陽能電池等技術之后，建造戴森球實際上就已經只是一個數量問題，而非理論問題了。實際上，前幾年天文學家發(fā)現了一顆光度頻繁變化的恒星KIC8462852的消息傳出之時，就有人提出過“這是一個正在建造的戴森球工程”的假設，很可惜，最近的觀測結果并不支持這個理論。
而重慶柚子貓工作室所開發(fā)的《戴森球計劃》，就是這樣一款建設游戲：玩家扮演一個探索宇宙的智能機械，目標就是從零開始，建造出你自己的戴森球。
戴森球游戲畫面。
如果從（無用的）游戲分類學上來說，《戴森球計劃》的類型應該是“沙盒自動化建造類”游戲。游戲甫一開始，游戲會生成一個擁有一顆恒星和多個行星的恒星系，設定上玩家就作為一臺智能機械，派往這個恒星系建造戴森球。這實際上還涉及到另一個科學概念：馮·諾依曼探測器。
顧名思義，這個概念由物理學家馮·諾依曼提出，他認為如果我們能夠發(fā)射一種能夠利用當地資源進行自我復制的探測器，那么這種探測器可以指數型復制自身，在極短的時間內（50萬年，以地質時間論確實非常短）走遍整個宇宙。實際上玩家扮演的就是這么一個探測機械：在到達恒星系的某一個行星之后，玩家需要從砍樹開始，從無到有建造起一整套工業(yè)體系。
“工業(yè)體系”，這個詞就是游戲的核心。我們之前玩過的游戲里，技術和設備都是用錢“變出來”的；而無論是大米蔬菜還是電腦手機，似乎都是從商店的貨架上長出來的。而玩《戴森球計劃》，玩家則實實在在的理解了什么叫做“工業(yè)體系”：這是一套漫長的，龐大而復雜的系統(tǒng)，需要高超的規(guī)劃能力才能讓它運轉起來。
砍樹是第一步，玩家一開始需要收集木材來做最基礎的能源供應；隨即是采煤供應給火電廠來做稍微高級的能源；然后建造這些設施工廠都需要鋼鐵，玩家又需要開采鐵礦，與煤一起煉成鋼，才有充足的鋼材繼續(xù)建設；接下來就是石油，即可以煉出輕質的燃油用來發(fā)電，也可以在化工廠制成塑料以支撐集成電路的制造。
集成電路則領向計算中心和核反應堆。想要這一切高效的運轉起來，不需要玩家本人跑來跑去，又需要建設一套復雜而科學的傳送帶把整個體系連接起來以形成自動化運轉。用什么資源、生產哪種產品，進入下一個鏈條的生產設施又有什么特定的比例，這一切都需要玩家自己精心的配平和計算。
比較有趣的一點，是游戲里的每一個行星都不是平面地圖，而都是球形的（聽上去好似一句廢話?。?/span>。這對游戲機制實際上有著深遠的影響。我本人在玩的過程之中發(fā)現，完全可以建造一套環(huán)繞行星赤道的傳送帶體系，就可以實現“總線式”流水線體系了。而這在平面地圖上是根本做不到的。
戴森球游戲畫面。
像《戴森球計劃》這種類型的游戲，之前也不是沒有出現過；比方說《異星工廠》（Factorio）。游戲到后期，科技樹越來越龐雜，所需的資源的數量和種類越來越多，玩家需要建造一個橫跨多個行星的生產體系才能維持下去，那么他們勢必會產生一個終極疑問：我干這些事情是為什么呢？
正如其標題所述，最終目標就是造個球啊。
來到科技樹頂端的玩家可以建造并且發(fā)射太陽帆，環(huán)繞恒星，形成自己的戴森球。過程中玩家還可以定制獨家戴森球圖形，達到千人千面、沒有任何兩個人的球是相同的效果。相信我，當你看到你自己設計并且建造出的那個球在恒星軌道上緩緩旋轉的一顆，成就感會是無與倫比的。
《戴森球計劃》中的“戴森球”并不只是借用了一個單純的天體理論噱頭，它后面藏著開發(fā)組所創(chuàng)造出的一整套既有科學基礎也有科幻巧思的科技樹設定，以及工業(yè)體系建設系統(tǒng)——這才是這個游戲最值得咀嚼的部分。從樹木到煤炭和鋼鐵，到氫能，到聚變反應堆，到行星際傳輸系統(tǒng)，直至最終的戴森球，玩家能夠親手體會到這一整套系統(tǒng)的龐大復雜，從而對能源、對工業(yè)、對星際開發(fā)有一個切身的認知，這無疑是“寓教于樂”這四個字的最好體現。
那么，又到了叩問心靈的時刻了：既然現在我已經會砍樹了（存疑），啥時候我能夠開始建我的第一個戴森球呢？（大霧）
最白的白，讓你美，還給你省空調費
撰文 | 皮卡秋
本文是2021菠蘿科學獎化學獎的解讀。
白顏料是一種非常重要的顏料，它不僅可以用來上色，而且在畫的不滿意的時候還可以用來覆蓋。它那么優(yōu)秀，完全在于一種極致的特性，越白的顏料越能反射掉所有照在上面的可見光，因此被畫家們所十分看重。能夠出色地運用白色，往往會給藝術品帶來非同凡響的效果，比如倫勃朗的人物像。
在他那個時代，荷蘭人因鉛白的制造而聞名整個歐洲，這種顏料是通過一個相當奇特的過程所獲得的：將金屬鉛條懸掛在土罐中的醋上頭，然后把土罐在馬糞下埋上幾個星期，等到這種金屬腐蝕后，就會得到一種明亮的白色粉末。
而且更加厲害的是，倫勃朗獨創(chuàng)了自有的白顏料配方，據2019年《德國應用化學國際版》（Angewandte Chemie International Edition）上的一篇論文，研究者們通過X射線衍射發(fā)現，這位17世紀的大師曾通過將鉛白和有機介質結合，而產生了一種具有很好流變性能的顏料，這也是他的“厚涂”技術如此出類拔萃的重要原因。
白顏料在藝術領域和生活領域都非常重要。圖片來源：naturalpigments.com。
但鉛顏料的也給使用者帶來了巨大健康隱患。18世紀意大利醫(yī)生納迪諾·拉馬奇尼（Bernardinus Ramazzini）就發(fā)現，他認識的畫家?guī)缀鯖]有一個健康的，基本上都體質孱弱、面容蒼白、多愁善感，他敏銳地意識到這和他們所使用的有害顏料脫不了干系。
2013年，西班牙內科醫(yī)生胡里奧·蒙特·圣地亞哥（Julio Montes-Santiago）在《腦科學研究進展》（Progress in Brain Research）上發(fā)表了一篇文章，名為《被鉛下毒的天才：五個世紀著名藝術家的鉛中毒》，通過歷史文獻的研究，他認為米開朗基羅、卡拉瓦喬、魯本斯、梵高、雷諾阿……等等諸多藝術大師都有鉛中毒的癥狀。
取代鉛白的健康有好顏料鈦白雖然在1821年就被發(fā)現了，但直到1921年才真正登上歷史舞臺，美國制造商在那一年推出了適合藝術用途的鈦白油顏料。鈦白的主要成分是二氧化鈦，它是一種更白的白色，具有更高的不透明度。此外它的化學穩(wěn)定性非常好，所以安全性也高，因此在現代化妝品中的使用也非常廣泛，在防曬增白方面屢建奇功。沒辦法，在長久以來的人類審美體系里，膚白貌美一直是個金標準。
普度大學阮修林教授團隊制造出了世界上最白的涂料。圖片來源：Jared Pike/普度大學。
所以你以為二氧化鈦就是白的極致了嗎？在材料科學家的眼里，它白則白矣，卻是一場虛白——在紫外波段的反射并不盡人意，對陽光能量的總反射率最高不會超過91%。
本屆菠蘿科學獎的化學獎授予了普度大學西拉斐特分校機械工程學院和伯克納米技術中心的阮修林教授團隊，他們制成了陽光反射率達到98.1%的涂料，才堪稱目前世界上最白的白，這項研究發(fā)表在了2021年4月的《美國化學學會應用材料與界面》（ACS Applied Materials & Interfaces）期刊上，并且是作為封面文章。殊不知僅僅在半年前，同一團隊剛剛在Cell下面的開放獲取期刊《物理科學》（Cell Reports Physical Science）上發(fā)表了論文，稱他們所制得涂料的陽光反射率是世界No.1，高達95.5％。這真是一不小心又突破了自己的最好成績。
和95.5％的那次相比，98.1%的這次最大改進使用硫酸鋇取代了碳酸鈣，這兩種都是較為常見的白色原材料。
研究人員使用紅外攝像機比較屋頂上白色涂料樣品的冷卻性能。圖片來源：Jared Pike/普度大學。
說起來，阮教授研發(fā)該涂料的初衷，倒不是為了給畫家們涂抹或者讓你把臉擦白，而是為了對抗日益嚴重的全球變暖。從上個世紀六七十年代開始，科學家們就在思考一種能夠替代能耗和污染都極其大的空調的超級解決方案，即輻射制冷。這是一種被動式制冷技術，其原理在于，任何物體都會以紅外輻射的形式向外界發(fā)射熱能，如果它發(fā)射出的熱能能夠低于它所吸收的，那么顯然就能夠產生自動降溫的效果。
在開發(fā)輻射制冷的道路上，各路材料研發(fā)者可謂前赴后繼，有人甚至還試過聚乙烯氣凝膠和脫木質素木材，不過這些方法不僅在工藝上更復雜，可應用性方面也大打折扣。而本屆“最白的白”，僅僅使用常見的硫酸鋇和丙烯酸進行混合就達到如此效果，可謂是四兩撥千斤。事實上，他們團隊是在試過上百種材料之后，才最終鎖定了硫酸鋇。
通過反復測試不同顆粒度的硫酸鋇納米顆粒，他們發(fā)現，讓粒徑分布在一個區(qū)間內（而不是單一粒徑）能夠達到最寬的反射譜，從而使得冷卻效率大大提升。據估算，使用體積濃度為60%的硫酸鋇丙烯酸涂料覆蓋約1000平方英尺的屋頂，可以獲得的制冷功率相當于10千瓦的冷卻功率，比大多數房屋使用的中央空調都更要強大。
作者們在論文中解釋了為什么會采用60%這么一個比大多數商業(yè)涂料都要高得多的體積濃度，這是因為，與其他常見填料（如二氧化鈦）相比，硫酸鋇的折射率較低，所以只有提高其濃度，才在復合材料中實現強散射，從而反射掉更多太陽光。
不只是最白的白，最X的X領域的競爭其實一直熱鬧得緊。2014年，英國技術公司Surrey NanoSystem聲稱他們發(fā)明出了世界上最黑的黑材料Vantablack，可以吸收投射過來的99.96％的光。如果把它作為顏料涂敷到一個立體表面，就會造成一種二維化的效果——輪廓立刻消失在視野中。也就是說，你可以把它理解成顏料界的二向箔……
最黑的黑Vantablack能讓三位表面在視覺上直接二維化。圖片來源：Surrey NanoSystems。
這個發(fā)明引發(fā)了一段藝術圈的公案，因為一位名叫Anish Kapoor的藝術家把它買斷了，意思就是不讓其他同行在藝術品中使用，就此觸發(fā)眾怒。另一位藝術家Stuart Semple首先站出來反擊，他宣稱自己創(chuàng)造了“世界上最粉的粉”顏料，每一個人都可以使用，只除了Anish Kapoor。
而Kapoor也是很調皮，他在Instagram上貼了一張豎著中指的照片，指頭上沾著來自“最粉的粉色”顏料的粉末……欺人太甚有沒有！逼得Stuart Semple在之后又不斷推出最黃的黃、最bling的bling來繼續(xù)抵制他。而在最近，Stuart Semple也聲稱自己開始出售最白的白了，不過這個是針對可見光的，據說可以反射掉99.6%的可見光。
回到真·最白的白上面來，阮教授團隊的成果一出來之后，就拿到了吉尼斯世界紀錄，引起了很多媒體的報導，而其中最高的呼聲竟然是：讓Anish Kapoor離它遠點兒……
世界上最危險的動物是什么？
本文是2021菠蘿科學獎生物獎的解讀。
世界上最危險的動物是什么？獅子？老虎？鱷魚？大白鯊？人類自己？都不是。
答案是，蚊子。除了在太空的那幾位航天員，七十多億人類里沒有誰可以避開蚊子的叮咬。雖然被蚊子叮了本身除了損失幾微升的血液并奇癢難忍外，大多不會造成永久性的身體傷害，但這叮咬的過程中就可能有其他的生物進入你的體內。
它們是瘧原蟲、絲蟲、登革熱病毒、西尼羅病毒、黃熱病毒、寨卡病毒、日本腦炎病毒等等等等。全球每年有近10億人因為蚊子叮咬而患病，造成近100萬人死亡。而且隨著全球氣候變暖和人類人員物流交通方式的改變，蚊子正在以極快的速度占據新的領地，造成蚊媒疾病的廣泛傳播。
為了對抗蚊子，數千年來人類想出了各種辦法從使用紗窗蚊帳，到清理水坑水塘，到使用殺蟲藥和驅蟲劑，乃至用不育的人工基因改造蚊子臥底破壞。我們手里的辦法很多，但是永遠不差下一個。紗窗、蚊帳考驗的是家庭和個人的投入以及正確使用。清理蚊子滋生環(huán)境考驗的是社區(qū)乃至國家的組織能力。使用化學藥物效果倒是不錯，但是給環(huán)境帶來了不小的影響。至于基因改造蚊子，目前還在實驗階段，能否大規(guī)模推廣還未可知。
蚊子叮咬傳播疾病的熱點，是熱帶、亞熱帶地區(qū)。比如開曼群島，這個以離岸金融聞名的英國的海外領地你可能只在財經新聞里聽說過，在地圖上找到它可能要大費一番周折。開曼群島由三個島嶼組成，地處加勒比海，離牙買加不遠。開曼群島的人口數量還不到10萬人，但人均蚊子數量可能要在全球排在前列。
開曼群島的蚊子到底有多厲害？有個叫JD·吉萊特（JD Gillett）的蚊子專家，從北美的荒原到非洲的雨林，他一生都在世界各地研究蚊子。1971年，吉萊特博士在開曼群島遭遇了人生中最兇猛的蚊子攻擊，他總是用自己作為實驗對象，實驗方法是遮蓋身體，只露出一條胳膊。在開曼群島的那次實驗中，一分鐘內，吉萊特的那只胳膊被蚊子叮了600個包。
早在1965年，科研人員就在開曼群島成立了蚊子研究與防控組織（The Mosquito Research & Control Unit），經過半個多世紀的發(fā)展，這個組織已經成為一個頗有國際影響力的蚊子研究專門機構。本次菠蘿科學獎生物學獎獲獎研究的第一作者哈馬迪·丁博士就是開曼群島蚊子研究與防控組織的工作人員，他與來自馬來西亞、印度尼西亞、泰國和日本蚊子研究專家一起，進行了一種新的蚊子防治手段的探索。研究論文發(fā)表在《熱帶學報》（Acta Tropica）雜志2019年第194期上。
這種新方法，就是給蚊子聽音樂。以前，只有蚊子給人類聽“音樂”的份，那種嗡嗡聲是每個人心中揮之不去的“小夜曲”?？茖W家們研究發(fā)現，蚊子的嗡嗡聲不單單是翅膀震動形成的噪音，它還扮演著部分蚊子語言的功能。為了測試音樂是否會干擾蚊子，科學家們設計了特殊的蚊子“音樂廳”。一個溫度濕度光照對蚊子都很友好的盒子，里面有一只被綁住的活倉鼠、一只饑餓并且沒有交配過的雌性埃及伊蚊和一只雄性的埃及伊蚊。
埃及伊蚊是在全球溫暖區(qū)域廣泛分布的一種可以傳播登革熱等疾病的蚊子，在我國南方地區(qū)也有分布，跟另一種長得很像的白紋伊蚊一起被俗稱為“花蚊子”。在安靜的環(huán)境里，饑餓的埃及伊蚊平均只需要30秒就會成功叮咬倉鼠。然而，當科學家打開這個“音樂廳”的音響，播放4分零3秒來自美國著名電子樂音樂人Skrillex的白金金曲《恐怖怪物與美麗精靈》（Scary monsters and nice sprites）之后，雌蚊子顯然有點暈頭轉向，平均需要三分鐘才能叮咬成功。不但叮咬行為出現得更慢了，叮咬的次數和與盒子里的雄性交配的次數也顯著地下降了。
Skrillex的電子樂專輯《恐怖怪物與美麗精靈》發(fā)行于2010年，全球銷量數百萬，專輯的同名單曲獲得了2012年第54屆格萊美最佳舞曲獎，在很多影視作品和電子游戲中你都能聽到作為背景音樂的這首曲子。你可能要懷疑，是不是研究人員把音量調得太大，把蚊子給震壞了。還真不是，實驗時，盒子里的平均音量只有20多分貝，跟蚊子的嗡嗡聲差不多?？茖W家們推測，《恐怖怪物與美麗精靈》里混合的低頻和高頻聲音以及很重的節(jié)拍，干擾了蚊子的聽覺。這也是他們選擇這首音樂的原因。
作為人類第一次嚴肅的給蚊子聽音樂的研究，結論是特定的音樂確實可以干擾蚊子的行為，聲音驅蚊法有希望成為一種實用的防蚊手段，從而減少化學農藥的使用量。
最后，市面上有很多宣稱可以驅蚊的超聲波驅蚊app或者設備，目前的研究表明超聲波對蚊蟲沒有明顯的驅趕效果，這些辦法并不靠譜。而本次研究提到的是可聽聲，雖然目前在實驗室研究中表現不錯，但還沒有進行真實環(huán)境下的測試，所以大家可以在不打擾鄰居的情況下設計并開展實地實驗，期待你為世界防蚊事業(yè)做出自己的貢獻。菠蘿科學獎，等待你的研究成果。
當物理學家們聚集在酒吧，就發(fā)現了扔杯墊的奧義
撰文 | Sophie
本文是2021菠蘿科學獎物理學獎的解讀。
某日，一群人在酒吧聚會。酒足飯飽、情緒高漲之時，他們玩起了“扔啤酒杯墊”的游戲：把啤酒杯墊當作飛盤，扔得遠者勝。但是，他們很快發(fā)現，想要飛得直直的真是太難了。杯墊在空中的滑行總是會翻轉，繼而偏離直線。
玩耍過程中，劇情逐漸像啤酒杯墊一樣跑偏。這群人的真實身份都是物理學家，于是開始職業(yè)性討論：為什么啤酒杯墊的滑行方式和飛盤不一樣，無法又直又遠？如何用物理學來解釋這一現象？
回到研究所，三人把啤酒杯墊的飛行抽象成了物理公式，為了驗證理論，他們又做了臺啤酒杯墊發(fā)射機，在走廊里飛了成百上千個啤酒杯墊，還砸了好幾個路人。最后，此番研究成果被寫成了一篇論文，并附上聲明，這項研究“毫無用武之地”。
三位研究者與啤酒杯墊和發(fā)射機的合影。
這是來自德國波恩大學亥姆霍茲輻射與核物理研究所以及阿格蘭德天文研究所的物理學研究者，約翰·奧斯特邁耶（Johann Ostmeyer）、克里斯托夫·舒爾曼（Christoph Schürmann）和卡斯滕·烏爾巴赫（Carsten Urbach）的真實故事。2021年7月24日，他們對啤酒杯墊飛行模式的研究發(fā)表在了《歐洲物理學雜志+》（The European Physical Journal Plus）上，并配上了歡樂的標題：《啤酒杯墊不是好飛盤》（Beer mats make bad frisbees）。
可能你也發(fā)現了，人們在拋飛盤的時候總會讓它旋轉著飛出去，這是一個眾所周知的技巧。不轉的飛盤很難飛好，旋轉反而能讓它又穩(wěn)又遠。這是因為，飛盤的旋轉軸與它的對稱軸重合，此時的轉動慣量最大，能讓飛盤穩(wěn)定旋轉而避免翻轉，想飛不遠都難。
空氣動力學造型是另一個有利因素。飛盤的內側（下表面）是凹進的，而外側（上表面）是凸出的，它的下降過程有點像飛機著陸。在飛盤飛行過程中，總會與自由氣流有一定角度，空氣被飛盤改變方向，反過來會給飛盤一個作用力，讓飛盤產生升力。飛盤彎曲的形狀讓升力出現在飛盤中央，讓它飛得更高、沒有偏斜。
再讓我們來看一看飛行中的啤酒杯墊的情況。
飛行中的啤酒杯墊的受力情況。
比起飛盤，杯墊就沒有這么好的飛行條件了。它既平且輕，反而不穩(wěn)定。當正在飛行的杯墊開始降落時，會遇到下方的氣流（圖a）。這使得它又獲得了升力，但這個升力并沒有像飛盤一樣作用在重心處，而是作用在了杯墊的前半部分（圖b），這個向上的升力F（lift）會產生扭矩M（圖c），導致杯墊的自轉軸旋轉（圖d）。
于是杯墊被推了起來，直到豎立。因為扭矩只有在杯墊上旋或下旋時，才會消失，這使得杯墊趨向豎立。此外，加上馬格努斯力的作用，杯墊的下旋比上旋更穩(wěn)定，因而在杯墊翻轉豎立起來之后，它會以下旋的方式繼續(xù)飛行，運動的方向也發(fā)生了偏斜。如果被慣用右手的人拋擲，杯墊將順時針旋轉并飛到右邊去，左撇子則相反。
簡單說明一下，馬格努斯力指的是一個在流體中轉動的物體將會受到的力，在球類運動中其應用非常普遍。杯墊在空氣流體中顯然也會受到這個力。
對這一現象做了定性的論證之后，研究者們繼續(xù)把它轉化成了能有效描述啤酒杯墊飛行的公式。啤酒杯墊飛行軌跡的變化是重力、升力和角動量相互作用的結果。在啤酒杯墊的飛行過程中，有一個關鍵時節(jié)點τ。在τ之前，啤酒杯墊的飛行軌跡是沒有偏斜的；在τ之后，啤酒杯墊的偏離程度將隨著飛行時間顯著增長。
啤酒杯墊飛行的理論公式。
為了證明公式的有效性，三個理論物理學家嘗試打算多拋些啤酒杯墊試試。但是由于人力拋出的杯墊不確定性太大，翻轉的時間是隨機的。于是，他們只能請人幫忙設計和制作了一臺啤酒杯墊發(fā)射機來測試這些公式。
研究中使用的啤酒杯墊發(fā)射機。
研究人員正在走廊里發(fā)射啤酒杯墊。
杯墊發(fā)射機由兩個電動機驅動，杯墊被兩側的傳送帶加速，以和傳送帶相同的速度被拋出。發(fā)射機被放置在0.98米的高度。這些條件保證了啤酒杯墊被拋出的初始條件是相同的。杯墊的飛行軌跡用每秒能拍攝500幀的高速攝像機記錄，并用Trakcer軟件提取出來。
隨著時間變化，飛盤相對于初始位置的偏離情況（實驗、公式、數值模擬三種結果的對比）。
最后的實驗結果非常完美，理論公式與實驗結果十分吻合。研究者們根據公式預測，啤酒墊最多能保持0.45秒的穩(wěn)定飛行，就會翻轉。而一張撲克牌只能達到一半的時間，約0.24秒。一張CD的穩(wěn)定飛行時間比較長，能達到0.8秒，甚至比不考慮空氣動力學加成的飛盤（0.7秒）還要長。很多人萬萬沒想到的是，能穩(wěn)定飛行很長時間的居然是鐵餅，能夠達到16秒左右。
看來想用啤酒杯墊做飛鏢，還是有點難的。除非它旋轉得非?？?。世界上最好的擲牌高手之一Rick Smith Jr.掌握了這個技巧，能將撲克牌飛出60多米。但即使他技巧如此之高，也無法控制撲克牌走一條直線不翻轉。
Rick Smith Jr.用高速的紙牌命中目標。
總而言之，在經過建模分析、模擬實驗、高速攝像機記錄、數據分析后，三位物理學家得出了一個和日常觀察一樣的結論：啤酒杯墊在被拋出去之后，并不能像飛盤一樣飛得很遠。
其中烏爾巴赫教授感嘆到，此項研究完美地實踐了自然科學總結知識的完整過程：從觀察到提出理論，再到實驗驗證，再對理論進行調整和拓展。很多基礎研究的初衷往往很簡單，就是想要獲得驗證知識。
說起來，這不是第一作者奧斯特邁耶和他的“酒友們”第一次做和啤酒有關的“無用”研究了。2020年，他曾研究過敲啤酒（beer tapping）的物理現象。當一個人惡作劇地用自己手中的啤酒瓶底去敲擊另一個人的啤酒瓶頂部，下面的瓶子會有大量的啤酒泡沫噴射出來，而上面的瓶子一點事兒都沒有。
之前已有西班牙研究者研究了下面的瓶子里發(fā)生的事情，而Ostmeyer的研究重點是搞清楚為什么兩個瓶子表現不同。啤酒泡沫的噴射是因為一系列的“波浪”遞進，但由于上面的瓶子里沒有產生那么低的壓力，所以只誘發(fā)了中等程度的振蕩，不會發(fā)生噴射——惡作劇者得以全身而退。
刷個手機，怎么就人傳人了
撰文 | 冷月如霜
本文是2021菠蘿科學獎心理學獎的解讀。
人生的幻覺無外乎有三種：我能反殺、她喜歡我，手機在震。前兩種幻覺很容易用“普而自信”來解釋，它們是尚未在現實高墻上撞得粉碎的泡沫，樂觀的表象下藏著悲劇內核。而手機在震這個就不好用自信來解釋了。西方那一套媒體也只能無奈生造出“幽靈震動綜合征”這個詞，用來描述這種感覺手機在震，掏出手機一看卻毫無新消息的尷尬現象。
但有時，我們掏手機只是出于習慣，并非真的靠皮膚或耳朵感受到了新消息的到來。一些學者認為對手機上癮的人類正被剝奪寶貴的注意力，是新世代下的新垮掉。然而并非所有的學者都如此憤世嫉俗，比如意大利比薩大學的伊麗莎白·帕拉吉（Elisabetta Palagi）教授的團隊便正兒八經地研究起了手機上癮背后的科學。今年4月，她們發(fā)表了一篇論文，指出刷手機像打哈欠一樣會傳染。
Elisabetta Palagi教授（左一）和她的學生Veronica Maglieri（左二）、Filippo Bigozzi（右二）、Marco Germain Riccobono（右一），其中Veronica和Marco都是本研究的作者。
說實話看到這篇論文后，菠蘿科學家的評選委員會如釋重負——原來自己上班時刷手機不是因為偷懶，而只是被人傳染而已，自己明明就是受害者么！為此，大家興沖沖一致決定將今年的菠蘿科學獎心理學獎頒發(fā)帕拉吉教授。至于刷手機摸魚的始作俑者是哪位，已經不是那么重要了。
帕拉吉教授的學生維羅妮卡·馬格列里（Veronica Maglieri）是這項研究的第一作者。她說自己觀察到了一個現象，人群中一旦有人開始刷手機，這個動作就會快速傳染，于是乎，他們決定做一項觀察性的實驗來檢驗自己的想法（為自己刷手機開脫）。
冒著感染新冠的風險，研究人員們在2020年的5月到9月間做了一系列暗中觀察，總共挑選了184名觀察對象（88位女性，96位男性）。為了確保實驗不被外界因素所干擾，研究人員們特地挑選生活中的常見場合入手，如在公園、飯店、公共交通場所等。所有被觀察的對象都沒有意識到不遠處還有人悄悄盯著他們，看他們有沒有在刷手機。
順便一提，研究人員們一共前往了820個不同的場合，平均下來每天要去5、6個不同的地方，在新冠期間也是辛苦了……
在這些場合中，研究人員們親自上陣，作為刷手機的傳染源。他們隨機做著“刷手機”和“玩手機”的動作——刷手機時，研究人員們掏出手機一通操作，并至少觀看5秒鐘以上的屏幕；而在玩手機時，他們雖然也會掏出手機操作超過5秒鐘，但雙眼完全不看屏幕。通過這樣的設定，研究人員希望能比對出刷手機的傳染力能有多大。
你一刷，我就刷，大家一起刷。
而在附近那些能看到傳染源，手頭也有手機的人自然就成了被觀察的對象。當研究人員做出刷手機或是玩手機的動作后，躲在另一旁的觀測者開始計時，統(tǒng)計3分鐘內附近路人的反應，以及他們多久會受到傳染，跟風刷上手機。而這些分析的結果令人驚訝。
統(tǒng)計表明，在周圍有人刷手機時，就像是中邪一般，有約50%的人在短短30秒內也拿起了自己的手機開刷。相反，如果最初研究人員只是掏出手機盲操作，眼睛不看手機，傳染力就會大減。據統(tǒng)計，周圍大約只有0.5%的人會去刷手機，人數銳減99%。
這些結果清楚地表明，手機一刷起來，就有足夠的傳染力，并將刷手機的沖動輻射到周圍一圈。
有意思的是，這種傳染力看似是無意識的。維羅妮卡講述了一個實驗中的有趣故事。她說她在候診室（先不問為什么要在新冠期間去候診室）里刷起手機后，坐在她對面的一位女士在“短短幾秒”內拿出了自己的手機打起了電話——“我也不知道為什么要打給你，”那名路人女士說道，“我就是想和你聊聊?！?/span>
關于刷手機會傳染這件事，論文作者們有著自己的解釋。她們指出，跟風刷手機是一種下意識情形下做出的行為，且可以看作是對他人行為的模仿。事實上，早些年的科學家們已經注意到了這種奇特的無意識模仿現象，并給它起了一個名字——“變色龍效應”。模仿者就像變色龍一樣，在邁入到一個新環(huán)境時，身體會自然做出改變，與環(huán)境融為一體。
對于人類而言，這當然不是指皮膚也會變色。事實上，人類通過模仿想要融入的，是一種社交環(huán)境。我們可能都有過類似的經歷——在工作中刻意將自己塑造成職業(yè)的形象，口頭和肢體語言都頗為得體，符合職場規(guī)范。而下班后，我們又能和朋友們愉悅地嬉笑怒罵。這都是在不同社交環(huán)境下的正常反應。通過讓自己看起來和別人一樣，有助于鞏固已有的社會紐帶，或是建立全新的社交聯系。而如果一個人感覺自己被社會孤立，他就更有可能模仿他人。
帕拉吉教授正是研究變色龍效應的專家之一。她和其他一些學者指出，屬于變色龍效應的模仿行為可以包括表情、手勢、口音、乃至抖腿或打哈欠等看似無意識的肢體動作。顯然，現在這份清單上還要加上刷手機。
沒想到吧，刷手機和打哈欠一樣是會出現人傳人的。
如果說刷手機和其他模仿行為有什么不同，那就是它的無差別性。研究人員們對數據進行了深度清理和分析，發(fā)現無論年齡還是性別，都不會影響到刷手機的行為。這可能是因為全球已有超過35億人用上了智能手機，占全球總人口的近一半。短短幾十年里，我們早已將智能手機視作社交中不可或缺的一部分，甚至還會無意識模仿他人刷手機的行為，以求融入。
這并不是一件好事。“我們總感覺需要遵從周圍的人給我們定下的‘規(guī)范’，所以會自動讓彼此的行為相匹配，相契合?！迸晾淌谡f道，“但智能手機會干擾真實生活中的行為，所以反而會增加社交的隔離感?！睂τ谀切]有智能手機，或是手機不在身旁，無法模仿刷手機行為的人來說，這種孤獨感尤甚。
研究人員們還在論文的討論環(huán)節(jié)中提到了一個讓人擔憂的場景：考慮到目前智能手機的占有率恰好近半，在使用智能手機和不使用智能手機的人群間，很容易出現一種割裂——后者會對前者抱團的行為感到失望或憤怒，從而遠離自己使用智能手機的親友，尋求更為虛擬的社交關系。
難道我們就對刷手機的傳染性無能為力，就此任憑這個世界愈發(fā)走向孤獨了嗎？那也不至于。正如前面所講的，研究人員們在800多個不同的場合中對刷手機的傳染性進行了觀察，而其中一些場合的數據明顯有著不同，比如說飯店。
光從觀察結果來看，但凡人們面前有食物，就能抵御住其他人刷手機的傳染力而不去跟風模仿。研究人員們特地指出，這和吃飯時騰不出手沒有關系，因為他們在飯前飯后也都收集了足夠多的數據。
俗話說食色性也，顯然和刷手機相比，吃飯更為重要。這不光是生理上的，也還是社交上的。自人類有文明起，聚餐就被賦予了特殊的意義。在任何一個人類社會中，共進和分享食物都能增進彼此之間的關系。更何況這是新冠期間在飲食文化濃厚的意大利做的實驗。病毒面前人們面基不易，在有限的機會里，彼此都格外珍惜相聚的時光。倘若在這個神圣的時刻自顧自的掏手機，恐怕是要被視作異端，和往披薩上放菠蘿一樣遭人唾棄的。
唯有美食，可以掃除一切社交障礙。
但這并不代表其中就沒有變色龍效應了。飯局是社交的延申，也是社會的縮影。在飯局上，人們依舊有著融入的需求，只不過彼此之間的面部表情和動作成了更好模仿的對象。如果所有人都能因為一個段子而開懷大笑，那他們又何必掏出手機來尋求認同感呢？
這一點也再次指出刷手機和其他社交模仿行為上的不同。其他社交行為需要人與人之間的互動，而刷手機往往不用。這樣的模仿只是行為上的表象，人與人之間并未就此建立起情感上的共鳴。
PS：
在審閱完菠蘿科學獎心理學獎的解讀稿件后，會議室里大家紛紛開始反思，平時習以為常的刷手機行為，是否在不經意間，也讓這個社會變得愈發(fā)冷漠與割裂。直到館長提議，這項研究明明告訴我們吃飯的重要性。我們平時之所以刷手機，說到底還是聚餐的機會太少，所以，今晚去哪兒吃？恍然大悟之中，大家掏出手機查了一圈點評，七嘴八舌給出了不少建議，空氣中也就此重新充滿了快樂的氣氛。
制版編輯 | Morgan
