鸭子为何排成一行？为了游得更顺畅——《华尔街日报》

物理学家海伦·切尔斯基揭示日常现象背后的复杂科学。阅读更多专栏请点击此处。

插图：托马斯·瓦伦塔初夏的泰晤士河美不胜收，伦敦市中心上游河段栖息着众多鸟类：凝神捕鱼的苍鹭静立水中，忙碌的沼泽母鸡在水草间穿梭觅食，天鹅群优雅地梳理羽毛。当我们的独木舟俱乐部沿河划行时，总在寻找最受欢迎的景致——身后跟着毛茸茸小鸭群的鸭妈妈。

鸭群在岸边徘徊时看似杂乱无章，小鸭子们或闲逛或探索，鸭妈妈则时刻看护。但当它们启程时，混乱瞬间转为秩序——小鸭子们会在成年鸭身后列队，整个队伍以完美队形快速游动。这令人着迷的景象绝非偶然，而是节省能量的智慧。

水中行进实属不易，因水体密度大且具粘滞性。水面移动的主要阻力来自运动物体后方产生的波浪——即我们常见的船只、独木舟和鸭子身后楔形波纹，这些波浪都携带能量。水面移动会持续生成波浪，游泳者必须耗费能量制造它们，这种能量消耗就表现为运动阻力。此外，附着在船体或鸭体表面的水层也会被带动，形成额外阻力。

母鸭足够强壮，能够消耗克服阻力所需的能量，在游动时形成尾流：一种随她移动的波峰与波谷模式。但一旦这种水流模式形成，小鸭子们就能选择在其中游动的位置。尾流由两部分组成。一部分是楔形轮廓，这是最易观察到的部分；而内部还存在与母鸭前进方向垂直的波浪线，从楔形一侧延伸至另一侧。第一只小鸭子会精确固定在这个波型中心线的特定位置：乘着第一道波浪的前坡向下滑行。研究发现，处于这个位置的小鸭子几乎不会受到波浪阻力，反而能在滑下波浪时获得向前的推力。只要它始终保持与母亲相对位置的精准同步，游动就变得轻松。但后面的小鸭子们呢？

仔细观察一列小鸭子，你会发现它们的间距极其精确。每只小鸭子都位于前一只后方一个波长处。这意味着每只小鸭子都能通过滑行在下一道波浪前坡获得助力。领头的小鸭子获得最大辅助，但这种助力会沿队列传递，使得即便末尾的小鸭子也几乎不会因制造波浪而产生阻力。这极大降低了小鸭子们的游动难度，使它们能与成年鸭保持同速。母鸭尾流的节能效应是物理规律的偶然呈现，但小鸭子们将其利用到了极致。

下次我们划独木舟时，我不会仅仅因为小鸭子们可爱、毛茸茸且对世界充满快乐的好奇心而关注它们。我会留意母鸭带着小鸭子们游动的场景，因为这是一个展示硬核物理学如何帮助最弱小、最毫无戒备的小鸭子的美好例子。

出现在2022年6月4日的印刷版中，标题为《为什么鸭子要排成一列？为了游得更顺畅》。