蛋疼科学家月球实验：“水上漂”竟成真

　　2013年的搞笑诺贝尔奖（Ig Nobel）今天公布，其中物理学奖颁给了意大利科学家阿尔伯托·米内蒂（Alberto Minetti）、尤里·伊万年科（Yuri Ivanenko）、吉尼那·卡佩里尼（Germana Cappellini）、纳迪亚·多米尼西（Nadia Dominici）和弗朗西斯科·拉夸尼蒂（Francesco Lacquaniti），因为他们发现，一部分人有能力在池塘的水面上飞奔而不沉下去——前提是，如果这些人和那个池塘在月球上的话。

　　在水面上飞奔是只有少数动物能够完成的一项绝活。事实上，大部分能够成功完成这一“壮举”的生物都是水黾科昆虫，它们利用表面张力漂浮在水面上，支撑自己轻盈的体重。但是，由于表面张力与周长成正比，而体重与体积成正比（差不多与周长的立方成正比），所以表面张力无法承载更大的动物。

　　大一些的动物采用另一种策略避免自己沉入水中，那就是奔跑：它们用充沛的体能踩击水面，产生水动力（hydrodynamic force），反作用于腿部，以支撑它们的体重。双冠蜥就是具备这种能力的典型代表，它们通过超快速踩水（每秒8次），能够在水面上奔跑。北美在求偶时也会高速踩水，每秒达到7次，最远可以在水面上飞奔超过20米——而它们的体重，可以达到1.5千克。

双冠蜥通过超快速踩水（每秒8次），能够在水面上奔跑

　　在各类武侠片里，大侠们借助轻功能够轻易在水面上打斗。但现实生活中，科学家通过研究双冠蜥在水面上奔跑的行为，计算得出了一个毫不出奇的答案：我们太重太弱，无法在水面上奔跑。按照估算，水动力不可能承载起我们的体重，除非我们能以超过30米/秒的速度踩击水面——这个速度需要的肌肉力量是普通人的大约15倍。

　　一种方式可以稍稍绕开这一限制，那就是增大脚掌的面积——或者说，穿着巨大的鞋子或者脚蹼来奔跑。不过，有科学家计算过，就算一个人的体力非常好，踩水的速度非常快，能够达到10米/秒，他要在水面上飞奔，脚掌（鞋底）面积也必须达到1平方米才行。

　　于是，意大利的那帮物理学家就想到了另一个点——减轻体重。当然，他们不是在提倡减肥，而是假设在更小的重力环境下来研究这个问题。确切地说，他们研究的是：穿着相对较小的脚蹼（不到0.1平方米），在较弱的重力环境下（大约是地球重力的20%），特定的踩水动作能否让水面支撑起人体的重量。至于为什么要这么做，他们在论文中给出了回答：“据我们所知，以前还没有人在这样的重力环境下测试过，人到底能不能在水面上奔跑。”

　　他们在研究中采用了理论与实践相结合的办法。尽管人类和蜥蜴不论是体形还是体态都大相径庭，他们还是把前人研究双冠蜥时发展出来的水动力模型，套用到了人类身上。除此之外，他们还设计了一套实验装置，让自愿者在模拟出来的不同的弱重力环境下踩水。通过这两种方式，他们找出了让人能够像双冠蜥和北美那样在水面上飞奔所必须的踩水频率、重力大小和质量的正确组合。

那些意大利科学家还设计了一套实验装置，让自愿者在模拟出来的不同的弱重力环境下踩水

　　当人体质量为66千克，脚掌（脚蹼）长度为0.17米，踩水速度为2.504米/秒，每次踩水持续时间0.295秒时，他们的模型预言，低于0.22倍地球重力加速度的环境中，人就有可能在水上跑起来。踩水速度和踩水持续时间的数据，是他们在实验中获取的，这是人类在地球环境下体能足以维持的数值。他们的模型还表明，在月球重力环境下（0.16倍地球重力加速度），每秒踩水1.7次的话，能够在水面上奔跑的人，体重不能超过73千克，否则还是会沉下去。

　　接下来，轮到人体实验华丽登场了！他们的实验表明，人能够在水面上跑起来的最高重力加速度，大约是0.22倍地球重力加速度。在不到0.1倍地球重力加速度的环境中，所有自愿者都能够“水上飘”。重力加速度越大，就会有越多的人沉到水里。他们在实验中还发现，自愿者选择的踩水频率和踩水速度与重力环境无关。所以就算真的到了月球上，人类可能也会以同样的方式踩水。

　　这项研究到底有什么意义呢？当然不是为了到月亮上去玩“水上飘”。这些意大利科学家在论文中写道，“这些问题涉及比较生理学。”这一点倒是很显然，因为他们把蜥蜴模型套用到了人类身上。“除此之外，对水面上这种运动模式的重组和适应，或许有助于设计制造仿生机器人，也有助于寻找新的运动技能。”好吧，这就有些让人挠头了。

　　或许，要等到人类重返月球的时候，这项研究才能够有真正的实用价值吧。