不平靜的水槽

1911年，馮·卡門(mén)在哥廷根大學(xué)當(dāng)助教時(shí)，他的同事設(shè)想把一根圓柱體立在一個(gè)水槽里做一項(xiàng)流體力學(xué)實(shí)驗(yàn)，但是每次做實(shí)驗(yàn)時(shí)，水槽中的水流都會(huì)不斷地發(fā)生激烈的擺動(dòng)。不管如何調(diào)整，都不能解決這個(gè)問(wèn)題。

正所謂“當(dāng)局者迷，旁觀者清”，馮·卡門(mén)好奇地研究了起來(lái)。他發(fā)現(xiàn)，水流經(jīng)過(guò)圓柱體后，會(huì)在物體后方形成漩渦。如果物體兩側(cè)的漩渦呈反對(duì)稱，并且排列的間距數(shù)值和相鄰漩渦間距數(shù)值之間的比值固定在某些數(shù)值時(shí)，這些漩渦就會(huì)停留在原地，并且圍繞原來(lái)的位置做小范圍的環(huán)形運(yùn)動(dòng)。

這聽(tīng)起來(lái)感覺(jué)很深?yuàn)W，其實(shí)在自然界中，卡門(mén)渦街很常見(jiàn)。如水流過(guò)巖石、橋墩、船舶，風(fēng)吹過(guò)高樓、高塔、電線等障礙物后，在障礙物后方都可能會(huì)形成卡門(mén)渦街。障礙物的后部?jī)蓚?cè)會(huì)周期性地出現(xiàn)一條渦街，兩隊(duì)排列整齊的、旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦各自占據(jù)“大街”的一邊。而在“街道”的中心，則會(huì)產(chǎn)生一股方向朝著障礙物的水流或者氣流。如果有物體正好位于“街道”中心，則會(huì)被這股氣流或水流裹挾著沖向障礙物。

于是，我們能觀察到一種反直覺(jué)的現(xiàn)象：水流沖過(guò)障礙物，不僅沒(méi)有把障礙物后面的物體推遠(yuǎn)，反而讓它們更靠近障礙物了。

虹鱒的旅行

有一種魚(yú)雖然失去了生命，但是依然能夠繼續(xù)游泳，并且還能逆流而上。是不是很神奇？這個(gè)奇跡的創(chuàng)造者就是虹鱒。

虹鱒長(zhǎng)大后，沿著身體兩條側(cè)線會(huì)長(zhǎng)出一條彩虹模樣的棕紅色縱紋，這就是它名字的由來(lái)。

虹鱒不是三文魚(yú)，但它們同為鮭科，是親戚。虹鱒隸屬于太平洋鮭屬，也叫大馬哈魚(yú)屬。而正宗的三文魚(yú)則隸屬于鮭屬，叫大西洋鮭。

然而，商業(yè)語(yǔ)境里的三文魚(yú)不是一個(gè)嚴(yán)格的生物學(xué)名詞，它是指一個(gè)商品類(lèi)別，泛指大馬哈魚(yú)屬和大西洋鮭屬的很多食用魚(yú)類(lèi)。所以，虹鱒也被稱作淡水三文魚(yú)。

正宗的三文魚(yú)，即大西洋鮭，小時(shí)候在淡水河流中生活1～6年，然后順流而下，到沿海海域去生活。當(dāng)它們發(fā)育成熟后，就會(huì)逆流而上，成群結(jié)隊(duì)地返回其出生的淡水河流上游的小溪中，繁殖產(chǎn)卵。之后，這些成年三文魚(yú)溯流而下，回到沿海海域，等到下一個(gè)繁殖季到來(lái)時(shí)，繼續(xù)逆流而上，繁殖產(chǎn)卵。三文魚(yú)產(chǎn)下的卵在淡水中孵化，小魚(yú)在淡水中長(zhǎng)大，直到它們有足夠的力氣可以完成奔向大海的旅行。

而太平洋鮭屬的虹鱒一生只產(chǎn)一次卵，產(chǎn)卵后即死去。在虹鱒隸屬的太平洋鮭屬中，目前只發(fā)現(xiàn)硬頭鱒是在淡水和海水中進(jìn)行洄游的，其他絕大多數(shù)魚(yú)類(lèi)終生生活在低溫淡水中，平時(shí)生活在中下游，繁殖季節(jié)溯河而上，到上游的溪流中產(chǎn)卵。

游動(dòng)的“喪尸”

成群結(jié)隊(duì)溯河而上時(shí)，總有些不幸運(yùn)的家伙，或因意外事故或因體力不支而喪生。這些不幸的個(gè)體雖死猶生，仍然跟著大部隊(duì)繼續(xù)前進(jìn)。原來(lái)，死魚(yú)陷在了卡門(mén)渦街里，不得解脫。

虹鱒是怎樣陷入卡門(mén)渦街的？原來(lái)，活著的時(shí)候，虹鱒就專門(mén)追著卡門(mén)渦街前進(jìn)。比如，它們一路上專挑石頭后面的路徑前進(jìn)，從一塊石頭后面游到下一塊石頭后面。水流從上游沖下來(lái)，繞過(guò)石頭，會(huì)在石頭后面產(chǎn)生卡門(mén)渦街，于是產(chǎn)生了一股向著上游方向的水流。聰明的虹鱒只要配合卡門(mén)渦街兩側(cè)的反對(duì)稱對(duì)流進(jìn)行搖擺，就能輕松地被水流推送至上游。

借助卡門(mén)渦街，虹鱒只要調(diào)動(dòng)很小一部分的肌肉、耗費(fèi)很少的能量，就可輕松地逆流而上，這個(gè)過(guò)程甚至無(wú)須大腦來(lái)參與。虹鱒從死亡到產(chǎn)生尸僵還有段時(shí)間，在這段時(shí)間里，虹鱒仍可被動(dòng)地被水流推著擺動(dòng)，迎合卡門(mén)渦街的節(jié)奏，好像活魚(yú)一樣。于是，我們就看到了一部虹鱒“喪尸行”。

在海洋中，鯨魚(yú)、海豚總愛(ài)追著輪船跑，就是借助卡門(mén)渦街搭便船，甚至在它們死后，還會(huì)繼續(xù)跟著輪船前進(jìn)一段距離。魚(yú)聚集成群，大雁成“人”字或者“一”字飛行，也是在利用卡門(mén)渦街前進(jìn)。

但是，卡門(mén)渦街有時(shí)也會(huì)帶來(lái)危險(xiǎn)。水中屹立的物體周?chē)?jīng)常會(huì)出現(xiàn)卡門(mén)渦街，把靠近物體的生物拘束住，并使生物不斷地靠近物體，沒(méi)法逃離。所以，我們?cè)诤＿?、在河邊時(shí)，盡量不要靠近水中的石頭、建筑物，以免被吸住，無(wú)法擺脫。

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