2011年10月18日星期二

[凝]你看,你看,那些X射线下的结晶

 [作者按]

如果可以随意拨动时间指针,那大概会是世间最有趣的游戏。
因为威廉王子的大婚,今天的英国一派欢腾鼓舞的景象。
如果向前拨动58年会怎样?——1953年4月25日《自然》杂志发表了沃森和克里克合写的《脱氧核糖核酸结构》,首次发布了DNA双螺旋结构,剑桥潺潺的河水孕育的智慧被广而告之,人类从此知晓了自然界代代繁衍生存的秘密。
如果继续拨动2年呢?——1951年的英国,废墟中的伦敦,你会见到匆匆而过的行人,脸上仍抹不去战争留下的忧伤。



(这是什么?答案稍候揭晓)

战后的西方世界,科学如火如荼地发展。此时,“大不列颠节日”(Festival of Britain)——一个全国性的科技艺术展览活动正在举行,为纪念百年前在伦敦举行的世界上第一场世博会,也为鼓舞人们投入战后英国的重建工作。科学家,工程师,艺术家,制造商,都带着新兴的希望,纷纷涌向泰晤士河边,这其中也包括一群优秀的前沿科学家——X射线晶体学家。

若要列出“十大战后最激动人心之科技发展”,X射线晶体技术无疑将榜上有名。我们在自然光下为景物拍照,X射线晶体科学家则用X射线为晶体摄影,以窥探晶体中原子的位置排列,进而理解微观世界里的秘密。这也直接促进了DNA双螺旋结构的发现。

1912年,德国物理学家劳厄率先发现了晶体中X射线的衍射现象,并因此获得1914年诺贝尔物理学奖。此后,这个领域发展迅猛,其中最为杰出的当为英国物理学家布拉格父子(William Bragg)。他们利用X射线衍射技术分析晶体结构,并据此提出“布拉格衍射理论”,并分享了1915年的诺贝尔物理学奖。
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(老布拉格与他的研究仪器分光仪)
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(小布拉格早期的实验笔记)

自然的微观世界里叹为观止的奇妙结构,激活了科学家们的文艺细胞。在“大不列颠节日”展览中,科学家们将他们用X射线衍射技术所得到的结构图案交给了艺术家与制造商,从而诞生了“节日图案项目组”(FestivalPattern Group)。包括蛋白质晶体在内的图案,从科学家们的实验室和X光的照射下走出,跃然于花布、墙纸、玻璃、餐具之上。更有伦敦泰晤士河南岸的Regatta餐馆,以间苯二酚图案为羊毛地毯,三水铝石结晶图案为菜单花边,侍者们身着衍射图案的制服,端着胰岛素结构的盘子穿梭于客人间,科学、艺术与生活紧密不可分。

此时已是诺奖得主的小布拉格,便是此项目爱好者。他参与绘图设计的绿宝石晶体结构图,被绣花机绣出了蕾丝花边,裁成秀丽的小礼服。1951年在斯德哥尔摩举行的国际结晶学联合会年会中,布拉格太太身着此锦衣出席会议,艳惊四座。
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(由小布拉格测得的绿宝石晶体结构而制作的绣花蕾丝)
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(布拉格太太参加1951年国际结晶学联合会年会所着的绿宝石晶体结构裙子)

在物理与艺术边界起舞的,少不了女性柔媚的身影,剑桥大学卡文迪什实验室的海伦,梅高(Dr.Helen Dick Megaw)便带着科学家严谨的审视目光,与女性浪漫诗意的想象,成为了“节日图案项目组”的组织者,她献出的水合硅酸钙晶体结构图被制为羊毛、棉与人造丝混纺的花布,并被裁为窗帘,悬挂于Regatta餐馆。而“大不列颠节日”的科学展馆里,则大量布置了以水合硅酸钙晶体图案为元素而设计的墙纸。梅高的氢氧化铝晶体结构图案则被著名丝绸织造商Vanners看中,制作成贾卡机织丝绸领带,成为该展览中最为畅销的商品之一。
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(海伦.梅高与她的光电测角仪,该仪器用以拍取晶体的x 射线照片。她身旁的模型为水合硅酸钙晶体结构)
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(梅高的水合硅酸钙晶体结构图)
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(以水合硅酸钙晶体结构图案所设计的花布裙子)
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(水合硅酸钙是一种自然结晶矿物,也可由人工制成。这个贾卡机织花布由羊毛、棉与人造丝混纺,取水合硅酸钙晶体结构为设计元素。所制成的窗帘被用于伦敦Regatta餐馆。)
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(“大不列颠节日”的科学展馆入口,布置了水合硅酸钙晶体图案组成的墙纸)
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(Vanners制作的氢氧护铝晶体结构的贾卡机织丝绸领带,为展览中最为畅销的产品之一。晶体图案由梅高提供)

X射线晶体技术的魅力远不只在物理化学领域四射光芒。它还能帮助生物学家从微观结构中,探究生命的起源。剑桥大学卡文迪什实验室的马克思.佩鲁茨 (MaxPerutz) 便倾心以x射线晶体技术研究血红蛋白的结构,并由此获得1962年诺贝尔化学奖。血红蛋白本是用以运载氧的蛋白质分子,但在设计师眼中,它是可被简化的几何构型,也是可被填色的抽象图案。除了棉制的绣花蕾丝,ICI公司还特别设计了一种血红蛋白晶体图案的墙纸,将其结构简化并扩大,使得图案更加空灵。而佩鲁茨太太也在1951年的国际结晶学联合会议上,身着高铁血红蛋白图案的印花绉布裙子款款出席。

与佩鲁茨同享诺奖的亲密同事约翰.肯德鲁(JohnKendrew),则贡献出了肌红蛋白晶体结构图案。这种在肌肉中储存氧的蛋白分子,予ICI 公司灵感,设计出用以装饰”大不列颠英国“展览的墙纸。
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(分子生物学家佩鲁茨)
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(血红蛋白形成的晶体)
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(血红蛋白晶体衍射图案)
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(血红蛋白:血液中携带氧的蛋白质分子)
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(以血红蛋白晶体结构为蓝本的棉制绣花蕾丝)
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(ICI公司设计的墙纸,以血红蛋白晶体结构为元素)
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(马的高铁血红蛋白晶体结构。在这种血红蛋白里,铁原子无法携带氧,血液呈棕色。)
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(佩鲁茨太太穿着的高铁血红蛋白图案的印花绉布)
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(马的肌红蛋白晶体结构图案,由肯德鲁提供)

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(ICI设计的肌红蛋白晶体结构墙纸)

梅高的好友、于1964年获得诺贝尔化学奖的牛津大学化学家多萝西.霍奇金(DorothyHodgkin),在梅高的推荐下,也将其得意之作——胰岛素的晶体结构图案送到“节日图案项目组”。在她笔下,这种用以降低血糖的蛋白质激素雅致而灿烂,仿似万红丛中捧出了怒放的牡丹。Regatta餐馆选择将图案简化,配以暗色调制成墙纸,远看确似朵朵争艳的蔷薇。而展览设计师则选用另种胰岛素晶体结构,并简单排列成色彩明快的墙纸,用于“大不列颠英国”展览的电影院墙壁。ICI公司选择了对比色,给胰岛素图案添了几分鲜艳与童稚。而Dunlop公司则很好地把握住原图的精致秀气,以桃红色淡淡勾勒出几朵小花,更显娇嫩。
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(多萝西.霍奇金绘制的胰岛素晶体结构)
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(由胰岛素晶体结构所制得的墙纸)
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ICI公司采取胰岛素结构元素制的墙纸
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(“大不列颠英国”展览电影院的墙纸,以胰岛素晶体结构为元素。)
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(Dunlop公司设计的胰岛素晶体结构墙纸)

王尔德曾说:“艺术并非模仿生活,生活总在模仿艺术。”如果他可以穿越到1951年的伦敦,来看到艺术如何模仿微观中的自然结构,不知会做如何感想。今天,x射线晶体学的发展推动了科学界的无数重要进展,其技术本身也早已有许多突破。然而,多年风尘也未能覆盖这些图案的熠熠闪光。科学曾经、也将一直可以,如此美好浪漫地与艺术肩并肩,抚慰人们的创伤,赐予未来勇气与希望。

本文已发表于《艺术世界》杂志。

2011年10月17日星期一

信息共享摧 垮集体智慧

当人们能够知晓别人的想法时,集体智慧可能转向集体无知。

统计显示,集体里的个人偏见可以相互抵消,形形色色的个人想法最终会转变成统一度惊人的平均答案。而一项关于群众智慧的新研究表明,如果被测者的想法相互透明,那么他们的见解很容易偏离正轨。

“尽管最初群体是‘明智的’,但对他人的猜忌会把观点多样性压缩到极小的程度,从而破坏集体智慧。”瑞士苏黎世联邦学院数学家扬•洛伦茨和社会学家海科•罗侯特的研究小组这样写道,他们的成果发表在5月16日的《国家科学院院刊》中。“即使是微弱的社会影响也能削弱群众智慧。”

用群体准确性描述该效应也许更加合适,因为它最适用于量化估计问题。几十年来,不乏研究它的人,最早可以追溯至1907年,弗朗西斯•高尔顿在集市上让人群猜测一头牛的重量。这个观点因经济学家詹姆斯•索洛维斯2004年的畅销书《群众的智慧》一跃成为主流。

索洛维斯解释说,群体智慧只有在一定条件下才有效。群体成员的观点必须多种多样,而且是独立提出的。

如果没有上述条件,群体智慧就会失效,这也是一些市场泡沫(破灭)的证据。计算机对群体行为的模拟也揭示了群体崩溃的动态原则,在模型中研究者平衡了信息流和产生偏差的不同意见。

洛伦茨和罗侯特的实验同时适合大规模人群、混乱的现实世界和理论研究。他们在苏黎世联邦理工学院招募了144名学生,让他们坐在独立的房间内猜测,瑞士的人口密度、意大利的边境线程度、2006年苏黎世的新移民数量和犯罪数量。

回答完毕后,研究者们会根据测试者答案的准确性给予一些奖金,然后重新提问。实验又进行了4轮,其中一部分学生知道了其他测试者的答案,而另一部分学生则没有被告知。实验结果表明,独立测试者的平均答案变得更加准确,符合了群体智慧现象。然而,受到他人答案影响的测试者准确度却有所降低。

研究者们把结果归结于三个效应。一是“社会影响”——限制了意见多样性;二是“范围缩减”——用数学术语来说,正确的答案集中在群体的边缘范围;三是“信心效应”加剧了前两个效应,所以学生们更加确定了自己的猜测。

“民意调查和大众媒体极大地促进了信息反馈,使我们对事实的判断趋于一致。群体智慧价值连城,但错误的使用可能“导致对错误的信念过度自信”。

2011年10月16日星期日

看完热闹看门道——奥运中的科学(二十七)

摘自《奥运中的科技之光》,赵致真著。经赵致真先生授权,科学松鼠会网络发布,转载请注明。

“因此哪怕起跑确实在枪响以后,但只要时间少于0.1秒便可认定为抢跑。”

运动场上的“时间简史”

1996年亚特兰大奥运会上,英国“飞人”克里斯蒂和加拿大“黑豹”贝利的男子百米冠军之争让场内外千万人屏住了呼吸。然而戏剧性的场面出现了,克里斯蒂连续两次抢跑,比规定的起跑时间提前了约百分之一秒。裁判们经过冗长的合议,宣布取消克里斯蒂的比赛资格。于是奥运历史上留下了克里斯蒂在极度失态中愤然退场的一幕。

还是这位“背运”的克里斯蒂,在1995年国际田联组织的“黄金四站”大赛中已经连续取得苏黎士、布鲁塞尔和奥斯陆三站的冠军,却最后在柏林功亏一篑,仅以千分之一秒的微小差距败给贝利,失掉了即将到手的4公斤黄金的大奖。“时间就是金钱,时间就是生命”,这句古老的箴言在现代运动场上体现得淋漓尽致和无以复加。

我们的一切运动都在三维空间中进行,但还必须加进第四维——时间。计时是竞赛运动的基石,是一切速度型运动成绩的量化形态,让快和慢的比较成为可能。奥运百年间,运动计时手段的变化不啻霄壤,精准、可靠、快捷和直观是人们始终不懈的追求目标。

1896年第一届奥运会上,秒表刚刚问世不久。当计时员从黑色衬布上看到发令枪烟升起而按动拇指时,受生理反应速度所限,计时误差可达0.2至0.5秒。这对于百米赛来说相当于2到5米的距离。

1912年斯德哥尔摩奥运会上,秒表首次以电动代替手动,并设置了实验性的终点照相仪。到了1932年洛杉矶奥运会,瑞士欧米伽公司提供30块电动秒表,以十分之一秒的精度记录了17项世界纪录。当时已经使用了终点摄影胶片,不过要花费几天时间才能冲洗出来,只能成为马表的“马后炮”了。

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随着运动竞技水平的提高,顶级选手的成绩日益接近。跑道上每每出现并驾齐驱,比肩到达,集体冲线的情景。人们也对计时系统提出越来越高的要求。光电管取代肉眼,起跑发令枪和计时器联动,石英技术问世,终点快速打印机使用,都为计时系统的升级换代注入活力。1968年墨西哥奥运会上正式被官方确认的缝隙扫描终点摄影技术更成为一个重要的里程碑,从此之后,在百米终点线楼梯上“排排坐”和“叠罗汉”的24名计时员永远退役了。

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如果把普通照相机的曝光比作一次“开门”,那么终点摄像仪的曝光则是通过一条极为狭窄的“门缝”,在高速的CCD摄像机中,这个“门缝”每秒钟连续开启2000次,相当于把一秒钟时间切成2000片,再将摄下来的2000条竖直栅格依次沿横向排列。于是这些“白驹过隙”后在时间轴上留下的“线”便“织”成了计算机屏幕上精确的“冲线图”。当然,“门缝里看人”难免把人“看扁”。如果运动员影像移动的速度快于照相机栅格移动的速度,人的影像就会变窄,反之影像就会变宽。难怪那些珍贵的历史性记录一幅幅看上去都有些像“哈哈镜”了。

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尽管有了这样的“火眼金睛”,也仍然不能完全避免歧见和纷争。有时两个运动员到达终点的先后几乎“间不容发”,难分难解,对终点摄影识别和判读的学问甚至不亚于医生面对复杂的CT与核磁共振照片。1984年洛杉矶奥运会上,法国选手查多尼尔已经站到女子百米跨栏第三名的领奖台上向公众招手致意了,却又在刹那间被迫流着眼泪走下领奖台,裁判最后认定她的季军位置应该由美国选手吉姆.特纳取代。尽管专业计时员坚持认定查多尼尔领先并再三解释终点摄影仪的工作原理却无济于事。直到几个月后,这段公案在萨马兰奇的直接干预下才得以解决,法国姑娘领到了补发了铜牌。

为确保万无一失,两台终点摄影仪常常安放在跑道两侧相向拍照。此外还辅助设立另一套红外线激光计时系统,当运动员跨过终点线阻挡了红外信号,计时器便中断运行,并将成绩直接显示在体育场的屏幕上。

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终点计时的精确只解决了“一头”的问题,另一头起跑线上计时的重要丝毫不亚于冲线。1960年第17届奥运会上,百米金牌得主哈里以10秒的成绩打破世界纪录,但却被裁判认定为抢跑。哈里向法院提出控告后被要求重跑,多亏他经受了考验并保住了金牌。这类纠纷在田径比赛中不胜枚举。今天的起跑线上,抢跑犯规监测系统同样达到了千分之一秒的精确度。

从我们被一根针刺中到发出疼痛的喊叫,中间会有一个时间差。因为神经传递速度有限。据医学测定,人类对刺激的反应约为0.1秒。运动员从耳朵听到枪声到大脑对肌肉发出指令同样有诸多生理环节。因此哪怕起跑确实在枪响以后,但只要时间少于0.1秒便可认定为抢跑。谁也别想再靠着“蒙”和“猜”投机取巧了。

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和起跑器联动的发令枪

这是一个安装在起跑器上和发令枪联动的传感装置,当压力达到男子29公斤,女子27公斤时便会被触发,并显示出运动员起跑反应的时间。抢跑违例者将会被自动召回。1988年汉城奥运会上,德国十项全能选手海格森虽然贵为前世界纪录保持者,但因为连续三次抢跑千分之一秒被取消资格。中国运动员刘翔在2004雅典奥运会上以12秒91的成绩平110米跨栏世界纪录,还要归功于他0.13秒的完美起跑时间。不过话说回来,如果那次刘翔的反应再快百分之一秒,新的世界纪录就会诞生了。

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游泳池里的冠军和第八名之差也常常取决于零点几秒。1968年墨西哥奥运会上,终点电子触摸屏首次登场亮相。这是一块90厘米高,2.4米宽的平板,三分之二浸没在水中。能够灵敏感受运动员手指轻微的触摸却对波浪的拍击不作反应,计时精度达到千分之一秒。“鱼雷”索普是5块奥运金牌获得者,他最难忘的记忆是15岁那年在英联邦运动会上,触摸屏显示以百分之一秒之差,使他失去了第一次打破200米自由泳世界纪录的机会。1988年,加勒比海小国苏里南全国放假一天,庆祝他的运动员内斯蒂在汉城奥运会上获得男子100米蝶泳金牌,这位“浪里黑条”仅以0.01秒的优势战胜了美国名将比昂迪。

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游泳池的出发台和田径赛的起跑器一样装有压力传感器,防止运动员提前入水犯规。1991年澳大利亚世界游泳锦标赛上,计时系统无情显示美国女子接力运动员抢先百分之一秒跳入水中,使得正在拥抱欢呼夺得冠军的姑娘们转而失声痛哭。这样的悲喜剧在人工计时的年代是不可想象的。

体育运动中的计时是无处不在的。在自行车、赛艇、马术、冰雪运动等项目中,计时精度都达到了千分之一秒。篮球场上的3秒违例、24秒投球、终场倒计时往往决定比赛的胜负。帆船竞赛中的计时则已经装备了GPS全球卫星定位系统。

从一块秒表长成一个根须四布、叶茂花繁的计时系统,奥运会用了100多年,我们定格和保藏了奥运会历史上许多最伟大的时刻,并继续在运动场上牢牢掌握着时间。

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看完热闹看门道——奥运中的科学(三十二)

摘自《奥运中的科技之光》,赵致真著。经赵致真先生授权,科学松鼠会网络发布,转载请注明。

“在所有哺乳动物中,马的眼睛是最大的,虽然看去炯炯有神,但视力却只有0.6左右并且对颜色十分迟钝。”

五环旗下的马蹄声(上)

马术是奥运会上唯一由人和动物共同参与的竞赛项目。当全世界的名马、上驷、良骏、神驹荟萃一堂,五环旗下震响着清脆激越的马蹄声时,奥运会便因此平添了磅礴气势和“龙马精神”。那些垂直障碍、伸展障碍、水坑障碍、组合障碍挑战着人与马的技巧、力量和勇气;典雅而华贵的盛装舞步被誉为“马的芭蕾”,展示了人马之间的神悟默契和灵犀相通;而“三日赛”是马术的全能项目,考验着人和马的“综合素质”与“绝对实力”。现代赛马运动起源于英国,1900年马术就在巴黎奥运会上占据了一席之地,不过早期只允许职业军官参加。直到1952年赫尔辛基奥运会,马术才对平民开放,并逐渐形成了“人不分男女,马不分公母”的竞赛模式。一百多年来,奥运会始终“马不停蹄”,著名的美国骑师迈克.普拉姆32年间参加过8届奥运会并接连“披金戴银”;德国“盛装舞步之王”让纳.克利姆克52岁上第6次在奥运上夺得金牌;法国驭手多里奥拉在两届奥运会上摘取桂冠。今天的赛马已经发展成为风靡全球、长盛不衰的娱乐和博彩产业链,每年创造价值数千亿美元。

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亚历山大大帝雕像

世上没有任何一种动物像马这样深刻改变了人类文明的进程。马使地球上的距离缩短,加快了社会的运行速度。因为有了马,亚历山大大帝才能离开他的马其顿城堡,建立起横跨欧亚的庞大帝国;成吉思汗才能所向披靡,让西亚和欧洲大地在他的“铁蹄”下战栗。世界上几乎每一个城市都能看到当地英雄的骑马铜像,而“白马王子”如果失去坐骑徒步走来,恐怕就很难打动姑娘的芳心。对于中国老百姓,“赤兔”、“乌骓”、“的卢”的故事和秦叔宝、尉迟敬德二位骑马门神几乎家喻户晓,“马踏飞燕”的绝妙造型更成了今天中国旅游的标志。只有当现代工业迅速发展后,人类造出了更大“马力”的各种机械,马才渐渐退出了历史舞台中心。今天的马儿们再也不是“马上得天下”的国力象征,也不再是引车负重的主要“生产力”,他们渐渐集体“跳槽”到了“体育界”和“娱乐圈”,这一历史角色的根本转变,究竟是马的幸运还是马的悲哀?

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希腊陶罐上的御马图

马在动物王国里被划归哺乳纲奇蹄目马科,而双数足趾着地的牛、猪等则属于偶蹄目。马的起源可以追溯到6000万年前的北美洲大陆,体型如狐狸大小的“始祖马”从灌木丛林迁徙到广阔平原后,依次历经了渐新马、中新马、上新马和真马等演化阶段。为了适应环境和利于奔跑,马的个头由小变大,短而弯曲的躯体变成平直的流线形,前脚由四趾变为单趾,后脚由三趾变为单趾,从而完成了“软肉垫”的“脚掌”向“硬角质”的“单蹄”转变。大约200万年前,马从它的发祥地北美完全灭绝,而顺着白令海峡“陆桥”迁往欧、亚、非洲的分支反倒延续了马的“一脉香火”。当我们知道“马蹄”不过是马在其他脚趾退化后“硕果仅存”的一个中趾,修钉马掌不过是给马在“修剪脚趾甲”时,不由追忆起马比起人类要早得多的历史。

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马的进化

2006 年12 月7 日,第十五届多哈亚运会全体运动员肃立默哀,悼念韩国马术运动员金亨七在三日越野赛跨过第八个障碍时落马身亡;2005 年7 月4 日, 英国著名骑师汤姆.哈里迪在跨越第三个障碍跌倒后多处受伤而宣告不治。历次奥运会上“人仰马翻”的事例不胜枚举。其中原因固然各不相同,但一个总体性的根本原因在于,马的视力天然地限制了它对栏杆与地面空间的准确判断。这还要从马的眼睛功能说起。

自然界的动物在遇到危险时一般都有“斗”或“逃”两种应激反应,马却只有一种选择,便是“逃”。看看那些食肉类动物都将眼睛长在脸部的同一平面上,以便向前“捕猎”,而作为“被捕食”者,马的一切“构造”都服从于“走为上”的生存策略,两只眼睛长在面颊的两侧,这种布局使视野非常开阔,站立不动时也能将周围几乎360度的范围“尽收眼底”,以防来自任何方向的偷袭。不过除了尾部有个狭窄的盲区,马还会对额前“近在咫尺”的东西毫无觉察,越是“天庭饱满”眼距较宽的马,头部的“盲点”越大。难怪马总要抬起头或低下头来看清脸前的目标了。而周边任何突然的“风吹草动”都会使马受到惊吓。

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马的视野和盲区

在所有哺乳动物中,马的眼睛是最大的,虽然看去炯炯有神,但视力却只有0.6左右并且对颜色十分迟钝。更加有趣的是,马的视觉能够在“单眼模式”和“双眼模式”之间进行转换。一般情况下使用“单眼模式”,两只眼睛互不打搅,各自独立看到一幅影像;只有需要判断距离时才“切换”到“双眼模式”,让两只眼睛集中注视同一个目标,但马的双眼能够重叠的视野仅有30%。我们知道,视觉中的“立体感”来自两个眼睛的视觉差,大脑将双眼互有差异的影像进行融合,才能分出前后和远近,使平面图景产生“深度”感。这也是肉食类动物捕猎精准的原因。马的“双眼模式”功能相对薄弱,因此难以准确辨析立体关系,难怪跨越双重栅栏和在深沟中落地时会“勉为其难”了。“守株待兔”中撞在树上的兔子提供了草食动物视觉立体感不强的一个旁证。此外,马的眼睛虽然对微弱光线比人敏感,但从“明处”突然转到“暗处”后却不能迅速调节瞳孔大小而惊恐不安。明白了这些道理,便会懂得为什么“永远都不是马的错”了,而骑手敏锐的距离感、速度感和时间感能够通过准确指令弥补马的视力不足。

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马的单眼视界和双眼视界

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2为双眼模式清晰区,1、3 为模糊区,4为盲区

人着盛装,马行舞步,观众常常瞪大眼睛也看不清骑手如何用细微隐秘的动作和马儿交流沟通,更不明白这种服从性、精确性与和谐性是怎样“调教”出来的。马术能够达到出神入化的境界,其实离不开马的生理基础。最重要的先决条件是马的惊人记忆力,“老马识途”自不必言,有报道说马能记住人拴它的动作并解开绳结。正是凭着“过目不忘”的良好天赋,马才能够牢记每个指令的准确含义。马十分善于学习和积累,因此一旦形成不良习性就需要及时用正确程序进行“覆盖”和“刷新”。

马能够具有“可操纵性”的另一原因,在于它细腻灵敏的感觉,能够清晰分辨出主人动作的微妙差异。和那些“肉糙皮厚”、麻木迟钝的动物不同,马的身体各部位如同布满不同的“按钮”并很少“失灵”。“手和腿是方向盘,脚是油门,缰是刹车”,对于训练有素的良马,骑手的一整套“肢体语言”几乎是世界通用的。所以运动员能够很好驾驭训练有素的陌生马匹。

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赛马跨越障碍

此外,马能站着睡觉,以保持随时“撒腿就跑”的状态;马嗅觉特别敏锐,能远远闻到熟悉和陌生的气味;马的耳朵能感知人类听觉接受范围以外的声波,并且用“竖起”与“耷拉”表达愉悦和沮丧;马没有胆囊且食道、肠子过于狭长,因此容易引发消化道疾患;马的巨大脾脏能在运动时释放足额的红血球,提高供氧能力;马的寿命约30岁,参加奥运会和世锦赛的马匹至少要年满7岁,而马的牙齿则和年龄对应,于是有了“马齿徒增”的成语。至于“马尾巴的功能”,则既可“护后”,又可在奔跑时起到“尾舵”的平衡作用。马的知识是一本大书,而深入了解“马情”应该是每个优秀骑师的基本功课。

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【科学好有爱】 之 我从哪里来

作者:Children

 

2011年10月14日星期五

[新生]父亲手记·宝贝别怕

 

 1 、

在朋友家玩,她的女儿正蹒跚学步,不小心摔倒了,抬头看着朋友。 

朋友说:“没事儿,没事儿,起来吧”,甚至没有起身去扶的意思。

孩子挣扎着站起来,继续摇摇晃晃朝前走。朋友的解释是:“小孩子重心低,摔了也摔不疼,要是大惊失色地跑去抱她的话,反倒可能让她觉得很严重——孩子摔倒了哭,多数时候不是疼,而是被父母吓的。”

第一次看到影视剧中“有人害怕打雷”的情节时,我很惊奇,甚至有点难以理解:作为农村长大的孩子,看到雷鸣电闪,我们还有一些兴奋呢。

渐渐地,我又发现,影视剧中,被渲染成“害怕打雷”的孩子往往生活在“万千宠爱在一身”的环境,于是生了怀疑:对雷电的害怕会不会主是要被大人们强化而成的?——要知道,在农村长大的我们,第一次见到雷电时,往往不会有长辈过来搂抱,于是,一次又一次的刺激过后,对响雷先天的恐惧淡化了。

2、

1岁多的女儿飘飘成了我的实验对象。有一天,飘飘的妈妈不在家,外面突然开始打雷下雨,我获得了宝贵的实验机会。

第一声雷响的时候,飘飘还是被吓了一跳,我说:“没关系,这是打雷,飘飘不怕,不怕。来,来,来,看看,打雷是这样的,轰隆隆——轰隆隆——”听到我的“雷声”,飘飘开始大笑。

再往后,每当有雷声传来,我就说“听,听,打雷喽,轰隆隆——轰隆隆——”,飘飘就接着乐。

我顺势逗她:“来,飘飘也打个雷吧!”,她便“轰隆隆……轰隆隆……”

我们还热衷这样的游戏:“打个雷吓唬妈妈吧”,飘飘“轰隆隆”,妈妈配合地作出害怕的样子,飘飘哈哈大笑。

有一天在路上,空中有雷声传来。飘飘问:“这是这么声音呀?”

我答:“这是天上在打雷啊。飘飘也会的呀,来,飘飘打个雷吧。”

她又开始“轰隆隆”。

3、

可惜的是,我们住的城市并不经常打雷,关于她到底怕不怕打雷,我没有太多机会验证。

但代号为“车库门的声音”尝试得很成功。

每次开关车库门,会发出“咯咯吱吱”、不怎么让人愉悦的声音。第一次听见,飘飘吓得跑过来:“要抱”。

我说别怕,那是开车库门的声音而已。我抱着她又去摁开关,门再次启动,她还是吓了一跳,不过看得出,已经不象第一次那么严重。

接着,我又让她自己摁开关,车库门开了。当她发现那“咯吱”的声音是由自己摁开关产生的,开始有点兴奋。

如此饶有趣味地玩了几次。有一阵子,只要有事出门,飘飘便主动要求:“抱我去开车库门……”

4、

说回前面那个“摔倒了自己爬起来”的问题。这一点,我和飘飘妈妈达成了共识:让她自己爬起来。

自从飘飘学会走路后,不管在哪儿摔倒,她都不会望向我们求援,而是自己爬起来。

前段时间,在幼儿体育馆玩耍的时候,飘飘不小心在平衡木上掉了下来。也许是第一次从那么高的位置摔下,趴在地上的时候,飘飘抬起头看着我,一脸“好犹豫、是不是要哭一下”的表情。

我坚持说:“起来吧,没关系的。下次小心,就不会摔下来了。”于是,她自己爬了以来,过了一会儿,又爬上了平衡木,嘴里还念念有词:“飘飘小心点……就不会掉下来了……”

其实,生活中有许多令我们恐惧的东西,可能本身并没有多么可怕。只是我们从小被告知“那东西很可怕”,说的多了,也就生了怕。

现在,“早教”越来越成为一种时尚。但我的想法是:如果“早教”只是给她创造一个温室般的环境,往她的大脑里塞进汉字、古诗或英文之类的“文化知识”,我宁愿做一个“不负责任”的另类——把她暴露于她所能够应付的“危险”之中,让她逐渐认识一个更加真切的世界。

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以下是量子熊猫来自认知神经领域的解读:

有一项小阿尔伯特的实验——那是一个上世纪初的研究,用今天的眼光看,既不规范,也违背了科学研究伦理,但对于我们理解人类行为有着很好的启发意义。

小阿尔伯特是一个普通婴儿,一开始,他对毛绒动物没有任何恐惧感,还会和动物玩儿。但是,像其他婴儿一样,他会被巨响吓哭。实验者每次在他接触毛绒动物,如小白鼠或者小兔子时,就突然发出巨响,小阿尔伯特自然哭起来,感到非常害怕。一段时间以后,他的恐惧行为和毛绒动物产生了“连结”,只要看到毛绒动物,就会大哭。

(最后,小孩被家长领走,我们不知道之后他的行为。)

 是仅就现有的例证,行为主义者就提出:我们对某种事物恐惧等情绪反应,归根结底是形成刺激反应的连结,而我们的各种复杂的情绪和行为,都可以用这种“连结”解释。

后来,这种将复杂行为看作刺激反应连结的思想受到了越来越多的攻讦,站不住脚了。

但是,其中一些基本原理仍然可靠。一个例子是,在戒除成瘾行为的治疗中,可以采取将成瘾物和令人厌恶的刺激(如令人作呕的味道)同时呈现的方式。一段时间后,成瘾行为就会与恶心连结,从而降低这种行为的发生。而想要矫正一些不良行为,如恐惧,也可以将产生恐惧的刺激和不可怕的事物反复呈现,参与者可以感到恐惧减轻。

就像文中所描述,云无心用各种舒缓的刺激,比如微笑、家长平静的语调、有趣的情景等,产生它们与新异刺激的连结,使飘飘能够有良好情绪反应。