博雯 發自 凹非寺
量子位 | 公眾號 QbitAI現在，科學家們終於搞懂蜘蛛是怎麼飛行的了。
哦不對，放錯了，是這個：
加州大學的科學們假設，蜘蛛雖然沒有翅膀，但卻可以依靠自己吐出蛛絲的負電荷，以及地球大氣中的正電勢場形成的電場來飛行。
基於這一假設，研究團隊正經進行了受力分析和數值模擬，實驗結果發表在統計物理學、非線性物理領域的期刊Physical Review E上：
對此網友們熱烈討論，並表示：
蜘蛛統治世界的時代已經不遠了！
不過在蜘蛛真的統治世界之前，還是讓我們先來看看它飛行的原理。
（本文不含任何蜘蛛高清圖，讀者可放心食用）
蜘蛛如何靠電場飛行？首先，科學家們建立了一個包括粘性力、蛛絲、蜘蛛的重量和尺寸、靜電上升力、排斥力以及彈性彎曲力的三維數值模型，以探索蜘蛛蛛絲在氣流中的膨脹和展開的動力學。
如圖所示，一個吐出蛛絲的蜘蛛可以被簡化為這樣一個模型：
一個直徑2毫米左右的實心球體，頂部有2、4或8條距離十分接近（100微米）的絲線，開始為垂直方向，每根線都附有電荷。
關於絲線上是如何帶上靜電荷的，研究人員認為，這可能是在蜘蛛製作蛛絲的過程中迅速加載電荷，或在製作完成之後，吐絲時與氣流產生的摩擦。
為了研究流體結構與電場的相互作用，數值模擬涉及到三個部分：
- 通過離散彈性棒（DER）方法計算線的彈性變形，即彎曲、扭曲和拉伸等等
- 阻力理論（RFT）方法計算蜘蛛和絲線上的流體動力學的粘性力
- 由大氣電位梯度和絲線電荷引起的靜電力
具體而言，在數值模擬中，蜘蛛被建模為一個彈性棒網絡。
其中一個節點x0代表蜘蛛身體，每條線有Nt個節點。對於一個有nt條線的蜘蛛，節點的總數是ntNt+1，兩個連續節點之間的向量是邊，每個線程由Nt條邊組成：
邊的拉伸、彎曲、旋轉則採用這樣一種框架來分析：
在模擬實驗中，蜘蛛從地面靜止，然後開始被電場“提起”。
帶電的、最初的絲線會附着在蜘蛛身上，絲線之間的相互排斥會導致它們在一段時間內分開。隨着蜘蛛向上加速，向下的阻力會增加，和蜘蛛本身的重力一起抵消向上的力。
最終，團隊中的研究人員Charbel Habchi下了定論：
我們認為，至少小型蜘蛛在沒有任何上升氣流幫助的情況下，完全可以通過電場懸浮。而體型較大的蜘蛛則需要向上氣流的推動。
對於這項研究，廣大網友身體力行地上演了一波真·震驚體。
我震驚地張大了嘴，但又害怕有一百隻小蜘蛛飛進來。
巨大的蜘蛛羣籠罩並襲擊了整個北喬治亞區和周邊地區。這真是個不錯的科幻概念。
下面有人回覆道：別再説了，我要yue了……
而星球大戰梗也雖遲但到：
所以蜘蛛會使用原力。
論文：
https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.105.034401參考鏈接：
[1]https://physics.aps.org/articles/v15/31[2]https://www.reddit.com/r/science/comments/takn5y/spiders_use_electric_fields_to_fly_and_we_may/— 完 —
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