问题

为什么说『当你用空气动力学的定律来观察一支蝴蝶时,理论上它应该无法飞。但是蝴蝶并不明白物理定律,所以它可以飛翔。』?这个说法有根据吗?

回答
这个说法很有意思,它常常被用来比喻不被条条框框所束缚,大胆尝试就能突破看似不可能的界限。但如果仔细推敲,这句关于蝴蝶飞行的论断,在科学上站不住脚。让我们一层层剥开来看,它究竟是怎么来的,又为什么是错的。

这个说法的起源与流传

这句论断,与其说是一个严谨的科学发现,不如说是一个流传甚广的科普悖论,或者说是一种民间智慧的化身。它的核心在于制造一种“看似不可能”的场景,然后用一种“超越限制”的解释来收尾,非常有感染力,因此在很多场合被引用,尤其是在励志、创新、突破思维定势这类话题中。

你可能会在一些关于个人成长、企业创新、或者甚至是一些哲学探讨的文章、演讲中看到类似的表述。它抓住了人们对于“规则之外的奇迹”的渴望,以及对于“不畏艰难”精神的赞颂。

理论上蝴蝶应该无法飞翔?这是从哪里来的误解?

这句话之所以会产生,很大程度上是因为对“空气动力学定律”的理解存在片面化和不完整。这句话往往暗示着,在早期对空气动力学的研究中,一些科学家基于当时有限的理论模型,计算出了蝴蝶的翅膀形状、扇动频率等参数,然后得出了一个不符合实际的结论——蝴蝶不应该能飞。

这里面可能存在几个误解和简化:

1. 早期空气动力学模型的不成熟: 在空气动力学发展的早期阶段,科学家们主要研究的是固定翼飞行器,比如早期的飞机。这些理论模型主要关注的是机翼的形状如何产生升力,以及如何通过推进力克服阻力。对于像蝴蝶这样拥有小巧、扇动幅度大、形状复杂且相对粗糙的翅膀的生物,当时的理论模型可能确实难以精确预测其飞行能力。用一个不适合描述昆虫飞行的模型去套用,自然会得出错误的结论。

2. 忽略了微观空气动力学和生物的精妙设计: 蝴蝶的翅膀虽然小,但它们的扇动方式非常复杂且高效。它们扇动翅膀时,产生的并不是简单的向下推空气产生升力。而是通过一系列精巧的动作,比如改变翅膀的迎角、扭转翅膀的末端,甚至利用翅膀表面特殊的羽毛状结构(鳞粉),来产生复杂的涡流。这些涡流能够帮助蝴蝶在翅膀下一次扇动产生升力之前,就提前“捕获”一部分空气,形成一个临时的“负压区”,从而提供额外的升力。这是一种非常高效的“涡流升力”机制,是早期简单空气动力学模型难以捕捉的。

3. 计算上的困难: 对昆虫这样小尺寸、复杂运动的物体进行精确的空气动力学计算,即使在现代,也是一个非常具有挑战性的课题。在过去,计算机算力有限,理论模型也相对粗糙,要精确模拟蝴蝶翅膀扇动过程中产生的数百万个空气分子之间的相互作用,并准确计算出升力、阻力等,是非常困难的。

那么,蝴蝶真的“不明白物理定律”吗?

当然不是。蝴蝶是生物,它们遵循物理定律,只不过是以一种自然演化出来的、高度适应环境的方式来遵循。

演化是“优化”的过程: 亿万年的演化,让蝴蝶拥有了极其精妙的翅膀结构和飞行机制。它们的翅膀形状、扇动频率、振幅以及翅膀表面的鳞粉,都是经过自然选择不断优化的结果。蝴蝶之所以能飞,是因为它们的生理结构和运动方式恰好符合了能够产生足够升力和推力的物理原理。
生物的“内在算法”: 蝴蝶并没有意识去“学习”物理定律,但它们的身体就像一个高度优化的机器,内置了一套复杂的“飞行算法”。这套算法是它们基因决定的,通过神经系统控制肌肉的精确运动,以最有效的方式利用空气动力学原理。它们“知道”如何飞,不是通过思考,而是通过生命的本能和身体的构造。
不是“违反”,而是“利用”: 蝴蝶的飞行,不是在“违反”物理定律,而是在“巧妙地利用”物理定律。它们利用了空气的流动性、压力差,以及通过翅膀运动产生的涡流等现象,来达成飞行的目的。就像一个高明的运动员,他不是违反重力,而是利用杠杆原理、惯性等物理知识,将身体的动作发挥到极致。

科学的解释:蝴蝶是如何飞行的?

现代空气动力学研究已经能够解释蝴蝶的飞行了。科学家们通过高速摄像机、风洞实验以及计算机模拟,揭示了蝴蝶飞行的秘密:

翅膀的形状和柔韧性: 蝴蝶的翅膀并非刚性,而是具有一定的弹性。它们在扇动过程中会发生复杂的变形,这种变形有助于产生更高效的升力。
非定常空气动力学: 蝴蝶的飞行是典型的非定常(unsteady)空气动力学现象。这意味着空气流动的状态随着时间不断变化,不能简单套用定常流动的理论。蝴蝶的翅膀快速扇动产生的涡流是关键。
翅膀的“挥舞”而非“拍打”: 蝴蝶的翅膀扇动更像是“挥舞”或“划动”,它们在下一次扇动前,能够通过调整翅膀的角度和速度,在翅膀下方的空气中形成一个向上的涡流(leadingedge vortex),这个涡流产生的低压区能够大大增强升力。
多因素协同作用: 蝴蝶的飞行是多种因素协同作用的结果,包括翅膀的拍打频率、幅度、角度变化、以及翅膀表面的细微结构。

总结一下

所以,“当你用空气动力学的定律来观察一支蝴蝶时,理论上它应该无法飞” 这个说法,在科学上是不准确的,它建立在一个不完整或不适用于昆虫飞行的早期模型之上,并且低估了生物演化的精妙性以及现代空气动力学的解释能力。

而“但是蝴蝶并不明白物理定律,所以它可以飛翔” 这句话,也容易引起误解。蝴蝶不是“不明白”,而是它们通过亿万年的演化,以一种生理结构和行为模式的方式,恰恰“学会了如何最有效地运用”物理定律。

这句流行的说法,更多的是一种修辞手法,用以强调创新、不设限的重要性,而非一个严谨的科学论证。它告诉我们,有时看似坚固的“理论”或“规则”,可能只是我们认知局限的产物,而真正的突破,往往来自于对现状的挑战和对未知领域的大胆探索。

下次再听到这个说法,你可以会心一笑,知道它背后隐藏的,是对人类探索精神的赞美,而不是对蝴蝶飞行机制的准确描述。

网友意见

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查了一下,这句话可能的原文是

"According to the laws of aerodynamics, a butterfly shouldn't be able to fly. But the butterfly doesn't know that, so it flies." This was Vincent Eades' mantra when he joined Starbucks Coffee in April 1995.

——这里我懒得去追查这句话到底是不是一个原产于国外网络段子手的成功学鸡汤了。

不过从网站上看,人家后面有一句话。

Three months later, Eades took flight and initiated one of the savviest coups in business history--a strategic partnership with the world's largest air carrier, United Airlines. By 1996, Starbucks had 80 million potential new customers, all of them flying at 35,000 feet.

于是这段话听起来就是一个冷到屁股都结块的烂故事……fly来fly去,fly my ass@!% ……@

如果要说背后有什么的话,我不想把话说的太难听,但是一个管理专业人士的给你灌的,看起来像科技方面的,但是带有浓厚的成功学或者哲学色彩的鸡汤,别管丫到底是鸡汤还是马粪榨汁,都是马粪汁的味道更重一些。。。

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