出品：科普中國(guó)
作者：蘇澄宇
監(jiān)制：中國(guó)科普博覽
“貓是液體”，并不是玩笑。2017年，搞笑諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主M.A. Fardin從流變學(xué)的概念出發(fā)討論了貓的物理狀態(tài)。即物質(zhì)可以根據(jù)時(shí)間來表現(xiàn)為固體或液體，關(guān)鍵是觀察的時(shí)間長(zhǎng)度，也就是通過“德博拉數(shù)（Deborah Number, De）”來衡量，這一參數(shù)最早是由以色列理工學(xué)院的教授馬庫(kù)斯·萊納所提出，可以作為衡量流體粘彈性的參數(shù)之一。
貓是“液體”
（圖片來源：Treplus Communities）
短時(shí)間內(nèi)，貓像固體，因?yàn)樗３中螤畈蛔儭ｉL(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，貓像液體，可以慢慢流動(dòng)并適應(yīng)容器的形狀，比如一只貓可以“流動(dòng)”進(jìn)一個(gè)碗里。
喜歡鉆進(jìn)箱子里的小貓
（圖片來源：veer圖庫(kù)）
科學(xué)家還觀察了貓?jiān)诓煌砻嫔项愃埔后w的行為，比如貓?jiān)诖植诒砻嫔蠒?huì)“鋪開”，但在光滑表面上會(huì)“滑動(dòng)”。總的來說，貓作為一種“主動(dòng)流體”，它們可以自己移動(dòng)和調(diào)整形狀，不像普通的被動(dòng)流體需要外力推動(dòng)，這讓它們的流動(dòng)行為更復(fù)雜。
人為什么不能自由地鉆？
貓是液體的前提是它的身體足夠柔軟，但對(duì)于人類來說，頭能鉆過去身子不一定能過去（此處提醒大家不要隨便鉆鐵柵欄）。而對(duì)于貓來說，頭能鉆過去，身子就一定能過去。其中主要原因是人有鎖骨，肩膀的寬度由鎖骨的長(zhǎng)度和位置決定，這個(gè)結(jié)構(gòu)在人類中是固定的。
貓的鎖骨
（圖片來源：參考文獻(xiàn)2）
然而貓的鎖骨基本退化，不像人類有明顯的鎖骨。沒有鎖骨的限制，貓可以在一定程度上壓縮身體，表現(xiàn)出“流動(dòng)性”，這也是它們能“擠”過狹小縫隙的原因。另外，貓的脊柱包含30塊椎骨，比人類的脊柱少幾塊。
x光下貓的脊椎（圖片來源：參考文獻(xiàn)4）
通過對(duì)貓的X光分析和角度測(cè)量，發(fā)現(xiàn)貓的脊柱在扭轉(zhuǎn)方面（繞著脊柱縱軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)）有著極高的靈活性，尤其是胸椎中段（T4至T11）的扭轉(zhuǎn)范圍非常廣。實(shí)驗(yàn)中測(cè)量了貓脊柱在最大扭轉(zhuǎn)時(shí)的角度變化，發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)角度接近180度。
而且脊柱的椎骨之間的間隙較大，并且貓的椎間盤非常柔軟，有助于脊柱的極大可動(dòng)性。這種結(jié)構(gòu)允許貓的脊柱在前后彎曲時(shí)產(chǎn)生更大的弧度，提供了類似“彈簧”的效果，使得它們能夠快速扭轉(zhuǎn)或跳躍，也能夠鉆過更小的空間。
除此之外，肌肉和韌帶的靈活也很重要。1981年，科學(xué)家做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓貓盡可能地跳高，進(jìn)而觀察它的肌肉是如何工作的。于是發(fā)現(xiàn)，在跳躍等運(yùn)動(dòng)中，貓的后肢肌肉如半腱肌、腓腸肌和趾長(zhǎng)伸肌等都會(huì)顯示出高度協(xié)調(diào)的活動(dòng)。這些肌肉在跳躍過程中通過電肌圖（EMG）記錄其活性，顯示它們?cè)跍?zhǔn)備階段和發(fā)力階段的不同反應(yīng)。
該實(shí)驗(yàn)還測(cè)量了貓后肢在跳躍中的地面反作用力，并分析了髖、膝和踝關(guān)節(jié)的角度變化。這些數(shù)據(jù)表明，貓的關(guān)節(jié)在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中保持極大的活動(dòng)范圍，從而幫助它們達(dá)到最大跳躍高度。貓的肌肉和韌帶非常靈活，這有助于它們?cè)讵M小空間中調(diào)整身體姿勢(shì)。
貓知道它自己是“液體”嗎？
貓從抽屜里鉆出來
（圖片來源：veer圖庫(kù)）
在2024年的一個(gè)實(shí)驗(yàn)里，Péter Pongrácz 搭建了一個(gè)特殊的實(shí)驗(yàn)裝置，類似于一個(gè)逐漸變窄的門框。他們召集了30只不同年齡、大小和品種的家養(yǎng)貓。
這些貓即將面對(duì)一系列逐漸變窄的開口，而科學(xué)家們則要通過觀察，找出貓是否具有對(duì)自己體型的精確意識(shí)——也就是說，貓是否會(huì)提前判斷自己能不能通過這個(gè)越來越小的開口，或者它們是否依賴“試一試”的方式。
開口示例
（圖片來源：參考文獻(xiàn)1）
實(shí)驗(yàn)并不是一帆風(fēng)順，因?yàn)樨堅(jiān)趯?shí)驗(yàn)里是出了名的難搞。在一次實(shí)驗(yàn)里，Pongrácz 發(fā)現(xiàn)貓?zhí)舆M(jìn)了通風(fēng)管道里。想象一下，科學(xué)家們準(zhǔn)備好了一切，精心設(shè)計(jì)了一個(gè)狹窄的開口，貓的主人站在另一邊，用它最喜歡的小零食引誘它，但貓卻無動(dòng)于衷，反而開始舔自己的爪子，像在嘲笑這些“愚蠢的”人類。畢竟，貓參與實(shí)驗(yàn)的唯一規(guī)則是——除非它們自己想！
起初，開口足夠?qū)挘瑤缀跛械呢埗驾p松通過。然而，當(dāng)開口逐漸變窄時(shí)，一些貓開始停下腳步。貓們仔細(xì)觀察狹窄的通道，有些選擇了嘗試，而有些則轉(zhuǎn)頭尋找其他路線。
科學(xué)家們注意到，貓?jiān)诿鎸?duì)狹窄但高度足夠的開口時(shí)，并不會(huì)立即做出判斷，而是靠近開口進(jìn)行“試探”。它們的鼻子和胡須輕輕觸碰開口的邊緣，似乎在評(píng)估能否通過。研究人員觀察到，在寬度為12厘米時(shí)，約有70%的貓選擇嘗試通過，但在寬度縮減到7厘米時(shí)，這個(gè)比例迅速下降到15%。顯然，開口的寬度在10厘米以下時(shí)，貓會(huì)變得更加謹(jǐn)慎。隨著實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，開口的高度也逐漸降低。
當(dāng)它們認(rèn)為自己有可能通過時(shí)會(huì)大膽地前進(jìn)，身體微微壓縮，靈活地鉆過開口。然而，當(dāng)開口變得過于狹窄時(shí)，體型較大的貓更傾向于停下來，放棄嘗試。這時(shí)，貓開始顯現(xiàn)出對(duì)自身體型的意識(shí)。
令人驚訝的是，貓?jiān)诿鎸?duì)高度不足15厘米的開口時(shí)表現(xiàn)出更多的猶豫。科學(xué)家們記錄了它們的行為：在開口高于20厘米時(shí)，幾乎所有的貓都會(huì)繼續(xù)嘗試通過，但當(dāng)高度降低到15厘米時(shí)，超過80%的貓停下了腳步，表現(xiàn)出顯著的猶豫。部分貓甚至選擇繞過障礙，或者放棄嘗試，等待進(jìn)一步的指示。
在觀察過程中，科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)了一些個(gè)體差異。較年輕的貓和體型較小的貓?jiān)谕ㄟ^狹窄開口時(shí)顯得更加大膽，而年齡較大或體型較大的貓則表現(xiàn)得更為謹(jǐn)慎。
從體重?cái)?shù)據(jù)平均來看，體重超過5公斤的貓?jiān)诿鎸?duì)寬度小于9厘米的開口時(shí)，更容易選擇放棄嘗試。而那些體重低于4公斤的貓，即便開口縮小到6厘米，也有超過一半會(huì)選擇嘗試通過。換言之，在一些情況下，貓真把自己當(dāng)液體，可以隨意通過任何口子。
簡(jiǎn)單來說，貓如果是一種液體，那么它們也只有一個(gè)維度，一種限高不限寬的液體。
小貓從空隙里鉆出來（圖片來源：Youtube用戶發(fā)布內(nèi)容截圖）
結(jié)語(yǔ)
面對(duì)同樣的問題時(shí)，狗的處理方式完全不一樣。幾年前，Pongrácz 招募了一些狗參與同樣的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。研究顯示，狗在遇到不適合通過的小開口時(shí)，會(huì)減速并猶豫是否通過，有時(shí)會(huì)選擇繞道。很明顯，狗表現(xiàn)出明顯的身體意識(shí)，會(huì)根據(jù)開口大小在接近前做出決定。
這種對(duì)比說明了兩種動(dòng)物在體型意識(shí)上的差異，狗傾向于依賴更強(qiáng)的體型認(rèn)知，特別是在面對(duì)狹小的環(huán)境時(shí)，而貓則更多依靠靈活性和試探策略來應(yīng)對(duì)狹窄的空間。按Pongrácz的話來說，“貓可能是液體，但它們也知道什么時(shí)候停止流動(dòng)。”
參考文獻(xiàn)：
[1]Pongrácz P. Cats are (almost) liquid!—Cats selectively rely on body size awareness when negotiating short openings[J]. iScience, 2024.
[2]Zajac F E, Zomlefer M R, Levine W S. Hindlimb muscular activity, kinetics and kinematics of cats jumping to their maximum achievable heights[J]. Journal of Experimental Biology, 1981, 91(1): 73-86.
[3]Fardin M A. On the rheology of cats[J]. Rheology Bulletin, 2014, 83(2): 16-17.
[4]Macpherson J M, Ye Y. The cat vertebral column: stance configuration and range of motion[J]. Experimental brain research, 1998, 119: 324-332.
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