从仙鹤喝水谈棘轮效应

有一则很多人都听过的童话。说是狡猾的狐狸，假意请仙鹤吃饭，然后用一只很浅的碟子盛一盘鲜美的肉汤，结果仙鹤因为嘴长，什么也喝不着。狐狸很是得意。为了报复狐狸，仙鹤也请狐狸吃饭，用一只窄口瓶来盛美昧，结果狐狸也只能败兴而归。

狐狸肯定没有吃着什么，但是仙鹤喝到肉汤了没有，却值得思索一番。在人们的想象中，仙鹤嘴长，喝水时一定要把嘴的大部分浸入水里，才能喝到水。你可曾想到，仙鹤不是这样喝水的。现代科学研究表明：在浅碟子里，它照样能够喝到水!

仙鹤之类的水鸟是怎样喝水的，我们来引进一段朱克勤教授的文章《观察和实验：海鸟进食的毛细棘轮效应》：“由于鸟喙扁斗的形状，两侧的开口使得海鸟无法通过吮吸将液体吸人嘴中。仔细的观察表明，它们进食的方式是通过喙的连续张合，将液体从喙的末端送到嘴中。”

为什么水鸟“喙的张合”能够将“液体送到嘴中”呢?原来喙合起来，喙之间的狭缝形成的毛细现象能够使水充满，而喙张开是从下边张开，喙形成下大上小的狭缝，这时水滴自然会向上退到嘴的深部。通过喙的张合，水滴便不断向上运动。

水鸟的这种饮水方式，不仅经过实验验证，而且也通过了计算机的计算证实。它的发现也经历了一个很长的过程。早在1712年，弗兰西斯・豪克比就报道了两个非平行平板之间的橘油滴液会自动向间隙宽度减小方向移动的现象。后来有人不断进行仔细观察和实验研究，才弄清楚了水鸟的进食方式。仙鹤进食时，只需要嘴的尖端伸进水里1～2毫米即可进食。

其实，水鸟的喙一张一合，使水单向地流到口中的来回运动，正是本文要说的棘能。棘轮这个词源于机械领域，它可以使一种往复运动改变为单向运动，因此人们把随后发现的类似现象都称为棘轮现象或棘轮效应。上述的水鸟喝水现象正是一种典型的棘轮现象。

棘轮的发明是很巧妙的，据考古介绍，我国大约在西汉时代便有棘轮发明。后来又有了许多改进，并且应用范围也越来越广。例如我们现在自行车上的“飞轮”就是一个棘轮，不管您的脚蹬子是正转还是反转，自行车总是向前运动。同理，所有的机动车辆也离不开棘轮。在工业上打包用的捆绑机也要用到棘轮，以便把绳子勒紧而不松弛。此外起重机、机械表、风速表等等也都离不开棘轮。

其实，自然界有很多运动都是带有棘轮效应的。蛇和某些昆虫的前进是靠身体各部分的伸缩变形，每一部分的伸缩都是反复的，但是由于身体结构，特别是有鳞片等特殊结构，就造成只能前进不能后退的棘轮效应，甚至可以说大自然本身也是个巨大的“棘轮机器”：温度只能从高温传到低温、规则运动慢慢地就转变为不规则运动、生物不断由低等向高等进化……所有这些运动和变化，虽然在局部范围内可以是往复的，但是在宏观上却都是单向的。

其实不仅仅是自然界，人类社会也存在着棘轮效应，例如一句俗话说得好：“由俭入奢易，由奢入俭难”，这就是一种棘轮效应。而且，这种效应也能推动社会的进步，正因为现代人已经习惯了科学和便捷的生活，不愿意“回归”到茹毛饮血或者原始的农耕时代，所以社会才在不断地向前发展。

总之，在技术领域，认识并把握棘轮效应，可以进行技术改革；在社会学领域，棘轮效应也能予以我们深思。