圆环、螺旋线与海豚

在许多民族的古代故事里，都把海豚描写成慈善的动物，时常引导人们脱离危险，挽救性命。如今我们知道了他们有一种特别的声纳能力，并且正在努力利用这种原理寻求新的通讯方法。另一种科学研究是设法评估这些杰出动物的自我意识和智力。

在全世界，无论野生的或伺养的海豚，都能看见它们玩水泡。其实这并非只是玩玩而已。许多动物有玩具，但是除了人类之外，还有什么动物能够尝试发展和改进它们的娱乐技巧，来打发时间呢？大家知道练习帆板运动，如果不懂得关于踏板、帆和风的力学知识、物理知识，帆板就会在水中不断翻到。优秀篮球运动员经常练习投篮，计算机游戏爱好者仿佛粘牢在计算机显示器前面。这种活动方式原以为只有人类才会采用，但是对海豚智力的总体研究却显示出一些令人惊奇的发现。这些观测不限于一只特定的海豚，而是广泛考察亚马逊河中的海豚，宽吻海豚，以及太平洋的和大西洋的斑点海豚。在数学里，我们想到球面、环面、平行螺线和空间螺旋线，是把它们看成复杂的数学形式，不一定当做玩具。面对海豚，很明显，它们是一种娱乐形式。

海豚怎样创造这些玩具并且使用它们呢？在檀香山，从海洋公园的水下实验室里观察宽吻海豚，实施一项海豚计划，进行关于海豚智力和行为的科学研究。这里有一群海豚展示了海水泡沫数学的特殊趣味和魅力。在括扑学中，球面不能连续变行成为救生圈。无论怎样将它拉长、压扁和扭曲，它决不会变成一个环面。但是在海豚世界里，利用关于水的物理定律，球面却不难变成环面。环形水泡的玩法，有何特别之处呢？海豚做的这些环状或其他形状的水泡，不是遵照命令，也不为报酬、食物。根据观察，它们制作水泡是为了消遣，并且用来加强它们的通讯联络。据信，一只接受到声纳和水泡讯号的海豚，使用它自己的声纳来帮助译解讯号传达的消息。此外，海豚计划的观测还发现，某些海豚能够驾驭水泡的物理性质，并会利用漩涡。因为在水面以下，水泡下方的海水压强大于上方压强，这种压强的差距形成一股向上的力，顶直水泡垂直上升，并且顶破水泡，刺出一个通往球心的穿孔，形成环面。通常会产生一个竖直的漩涡穿过环面的中心线，将水泡直接送上水面。但是这些海豚已经理解漩涡是如何工作，并且已经想出办法让环面沿水平方向移动，而不是垂直移动。此外，通过实验，有些海豚已经学会利用它们的鳍和身体运动，产生水平的漩涡。利用它们的声纳，它们找到漩涡的眼或中心的精确位置。这是漩涡里压强最低的地方，而且就在这里，海豚制作气泡，跟随漩涡，走一条螺旋形路线，这些气泡汇集起来，形成一股螺旋形气流，沿着水平方向移动。技艺高超的海豚，造成的泡沫雕塑光滑而又光亮，作为艺术品使那些新手海豚相形见拙。另一个吸引人的因素是海豚的泡沫游戏和实验并非所有海豚天生局会做的。事实上，在海豚计划的一项研究中，有一群海豚起初不会做水泡环，直到有一只会做的加入其中，才扭转局面。在这位新客的水环启发之下，共居一池的其他海豚决定学习这种“游戏”。此外，还观察到，海豚们互教互学，交流如何产生各种不同形状的水泡，泡沫雕塑不是侥幸得来，而是花费时间、耐心和灵巧，精通技艺，发挥想象力，创造新形态，成为一种动力学的艺术和科学，令人回味。