出品：科普中国

作者：苏澄宇

监制：中国科普博览

“猫是液体”，并不是玩笑。2017年，搞笑诺贝尔物理学奖得主M.A. Fardin从流变学的概念出发讨论了猫的物理状态。即物质可以根据时间来表现为固体或液体，关键是观察的时间长度，也就是通过“德博拉数（Deborah Number, De）”来衡量，这一参数最早是由以色列理工学院的教授马库斯·莱纳所提出，可以作为衡量流体粘弹性的参数之一。

猫是“液体”

（图片来源：Treplus Communities）

短时间内，猫像固体，因为它保持形状不变。长时间内，猫像液体，可以慢慢流动并适应容器的形状，比如一只猫可以“流动”进一个碗里。

喜欢钻进箱子里的小猫

（图片来源：veer图库）

科学家还观察了猫在不同表面上类似液体的行为，比如猫在粗糙表面上会“铺开”，但在光滑表面上会“滑动”。总的来说，猫作为一种“主动流体”，它们可以自己移动和调整形状，不像普通的被动流体需要外力推动，这让它们的流动行为更复杂。

人为什么不能自由地钻？

猫是液体的前提是它的身体足够柔软，但对于人类来说，头能钻过去身子不一定能过去（此处提醒大家不要随便钻铁栅栏）。而对于猫来说，头能钻过去，身子就一定能过去。其中主要原因是人有锁骨，肩膀的宽度由锁骨的长度和位置决定，这个结构在人类中是固定的。

猫的锁骨

（图片来源：参考文献2）

然而猫的锁骨基本退化，不像人类有明显的锁骨。没有锁骨的限制，猫可以在一定程度上压缩身体，表现出“流动性”，这也是它们能“挤”过狭小缝隙的原因。另外，猫的脊柱包含30块椎骨，比人类的脊柱少几块。

x光下猫的脊椎（图片来源：参考文献4）

通过对猫的X光分析和角度测量，发现猫的脊柱在扭转方面（绕着脊柱纵轴的旋转运动）有着极高的灵活性，尤其是胸椎中段（T4至T11）的扭转范围非常广。实验中测量了猫脊柱在最大扭转时的角度变化，发现扭转角度接近180度。

而且脊柱的椎骨之间的间隙较大，并且猫的椎间盘非常柔软，有助于脊柱的极大可动性。这种结构允许猫的脊柱在前后弯曲时产生更大的弧度，提供了类似“弹簧”的效果，使得它们能够快速扭转或跳跃，也能够钻过更小的空间。

除此之外，肌肉和韧带的灵活也很重要。1981年，科学家做了一个实验，让猫尽可能地跳高，进而观察它的肌肉是如何工作的。于是发现，在跳跃等运动中，猫的后肢肌肉如半腱肌、腓肠肌和趾长伸肌等都会显示出高度协调的活动。这些肌肉在跳跃过程中通过电肌图（EMG）记录其活性，显示它们在准备阶段和发力阶段的不同反应。

该实验还测量了猫后肢在跳跃中的地面反作用力，并分析了髋、膝和踝关节的角度变化。这些数据表明，猫的关节在整个运动过程中保持极大的活动范围，从而帮助它们达到最大跳跃高度。猫的肌肉和韧带非常灵活，这有助于它们在狭小空间中调整身体姿势。

猫知道它自己是“液体”吗？

猫从抽屉里钻出来

（图片来源：veer图库）

在2024年的一个实验里，Péter Pongrácz 搭建了一个特殊的实验装置，类似于一个逐渐变窄的门框。他们召集了30只不同年龄、大小和品种的家养猫。

这些猫即将面对一系列逐渐变窄的开口，而科学家们则要通过观察，找出猫是否具有对自己体型的精确意识——也就是说，猫是否会提前判断自己能不能通过这个越来越小的开口，或者它们是否依赖“试一试”的方式。

开口示例

（图片来源：参考文献1）

实验并不是一帆风顺，因为猫在实验里是出了名的难搞。在一次实验里，Pongrácz 发现猫逃进了通风管道里。想象一下，科学家们准备好了一切，精心设计了一个狭窄的开口，猫的主人站在另一边，用它最喜欢的小零食引诱它，但猫却无动于衷，反而开始舔自己的爪子，像在嘲笑这些“愚蠢的”人类。毕竟，猫参与实验的唯一规则是——除非它们自己想！

起初，开口足够宽，几乎所有的猫都轻松通过。然而，当开口逐渐变窄时，一些猫开始停下脚步。猫们仔细观察狭窄的通道，有些选择了尝试，而有些则转头寻找其他路线。

科学家们注意到，猫在面对狭窄但高度足够的开口时，并不会立即做出判断，而是靠近开口进行“试探”。它们的鼻子和胡须轻轻触碰开口的边缘，似乎在评估能否通过。研究人员观察到，在宽度为12厘米时，约有70%的猫选择尝试通过，但在宽度缩减到7厘米时，这个比例迅速下降到15%。显然，开口的宽度在10厘米以下时，猫会变得更加谨慎。随着实验进行，开口的高度也逐渐降低。

当它们认为自己有可能通过时会大胆地前进，身体微微压缩，灵活地钻过开口。然而，当开口变得过于狭窄时，体型较大的猫更倾向于停下来，放弃尝试。这时，猫开始显现出对自身体型的意识。

令人惊讶的是，猫在面对高度不足15厘米的开口时表现出更多的犹豫。科学家们记录了它们的行为：在开口高于20厘米时，几乎所有的猫都会继续尝试通过，但当高度降低到15厘米时，超过80%的猫停下了脚步，表现出显著的犹豫。部分猫甚至选择绕过障碍，或者放弃尝试，等待进一步的指示。

在观察过程中，科学家们还发现了一些个体差异。较年轻的猫和体型较小的猫在通过狭窄开口时显得更加大胆，而年龄较大或体型较大的猫则表现得更为谨慎。

从体重数据平均来看，体重超过5公斤的猫在面对宽度小于9厘米的开口时，更容易选择放弃尝试。而那些体重低于4公斤的猫，即便开口缩小到6厘米，也有超过一半会选择尝试通过。换言之，在一些情况下，猫真把自己当液体，可以随意通过任何口子。

简单来说，猫如果是一种液体，那么它们也只有一个维度，一种限高不限宽的液体。

小猫从空隙里钻出来（图片来源：Youtube用户发布内容截图）

结语

面对同样的问题时，狗的处理方式完全不一样。几年前，Pongrácz 招募了一些狗参与同样的一个实验。研究显示，狗在遇到不适合通过的小开口时，会减速并犹豫是否通过，有时会选择绕道。很明显，狗表现出明显的身体意识，会根据开口大小在接近前做出决定。

这种对比说明了两种动物在体型意识上的差异，狗倾向于依赖更强的体型认知，特别是在面对狭小的环境时，而猫则更多依靠灵活性和试探策略来应对狭窄的空间。按Pongrácz的话来说，“猫可能是液体，但它们也知道什么时候停止流动。”

参考文献：

[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.

来源: 中国科普博览

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