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標題: 物理學家與貓咪共同提出「貓體運動方程式」 [打印本頁]

作者: super3g 時間: 2024-12-13 06:41 PM 標題: 物理學家與貓咪共同提出「貓體運動方程式」

物理學家與貓咪共同提出「貓體運動方程式」

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]貓咪不僅是社群媒體的霸主，還是科學界的靈感來源。你可能聽過量子物理常提到的「薛丁格的貓」；前陣子有實驗推論，貓咪可能知道自己是液態；除此之外，還有科學家發現貓咪也懂單字！？

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]而最近，在《美國物理學期刊》（American Journal of Physics）中刊出一則題目是〈從物理學角度探討貓與人類的互動：運動方程〉的文章。加利西亞高能物理研究所（Instituto Galego de Física de Altas Enerxías, IGFAE）的研究員安索·比亞西（Anxo Biasi）在觀察愛貓Eme行為的過程中，居然推導出一整套「貓體運動方程式」，讓貓成為經典力學的代言人！

貓的日常行為如何成為研究靈感？

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]比亞西觀察並總結了貓在與人類互動時的七種典型行為，包括：

保持距離：貓通常選擇在與人保持一定距離的地方休息。
容易受驚：當貓躺在人身上時，微弱的刺激（如輕聲或飛蟲）可能讓牠離開原位。
振盪運動：被撫摸時，貓會呈現來回移動的模式。
忽視呼喚：當被呼喚時，貓通常不會反應。
分心行為：即使貓決定靠近呼喚牠的人，也常被其他事物吸引而中途放棄。
瘋狂奔跑：夜間會突然快速地來回跑動（俗稱「瘋狂時刻」）。
呼嚕聲：當貓感到滿足或愉悅時，會發出特有的呼嚕聲。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]這些行為雖然對貓奴們再熟悉不過，但比亞西以物理學的方式重新定義了這些日常觀察。

從數學模型解釋貓的「神秘行為」

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]比亞西將貓視為一個在外部位能場中運動的點質量，受人類存在所產生的位能影響。他的運動方程如下：

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]md2xdt2=−dVcat(δ)(x)dx−ϵdxdtmdt2d2x=−dxdVcat(δ)(x)−ϵdtdx

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]其中，mmm 是貓的質量，ϵ\epsilonϵ 是模擬貓疲勞的摩擦係數，dVcat(δ)(x) dV_{\text{cat}}^{(\delta)}(x)dVcat(δ)(x)是由人引發的位能，並取決於貓對人依戀程度（δ\deltaδ）。這個公式可以模擬貓在不同情境下的行為，例如保持距離、受到驚嚇時離開原地，或是被撫摸時的振盪運動。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]透過調整位能的形狀，模型甚至能再現「瘋狂時刻」——貓在家中突然高速來回奔跑的行為。研究加入了隨機強迫項，形成隨機微分方程，模擬出這些突發性行為。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]

貓咪在不同位置的位能表示｜影像來源：American Journal of Physics

呼嚕聲與穩定性

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]除了動態行為外，研究還深入分析了貓的呼嚕聲。比亞西認為，呼嚕聲是一種增強穩定性的反饋機制：當貓被撫摸並開始呼嚕時，人類傾向於繼續撫摸，進一步強化這種行為的穩定性。這種互動模式讓貓和人類之間的情感聯繫更加緊密。

讓物理學變得有趣又實用

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]比亞西表示，這篇文章不僅是一次學術探索，更是一種創新的教育工具。他說：「這篇研究適合作為經典力學的入門教材，幫助學生理解平衡點、位能障和摩擦力等概念。」透過貓這樣一個熟悉又有趣的例子，抽象的物理學變得更具親和力。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]這項研究展示了如何將物理學應用於日常生活中的現象，從而讓學術研究不再只是高深的理論。「我們不一定要解釋宇宙的奧秘，有時候只要用物理學解釋貓為什麼不聽話，就已經非常有趣了，」比亞西幽默地說。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]未來，比亞西希望能利用這些模型進一步探討動物行為，並將物理學的魅力帶給更多人。

[color=rgba(0, 0, 0, 0.87)]資料來源：

作者: waynetang 時間: 2024-12-13 10:20 PM

這個物理學家感覺已經走火入魔了，連貓也可以用物理模式來描述其行為，簡直太天才了。

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