除了驯化你,你家猫还懂物理学

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所属分类:天涯八卦

说到猫与物理学,你会想到啥?

呃……也许是史上最著名的“虐猫狂人”薛定谔?

老子活着出来了!没想到吧薛定谔! 图片来源:quickmeme.com

不过这一次,我们将要看到的不是物理学家的黑手,而是喵星人的反扑——喵星人表示,不就是物理吗,这有啥!京都大学的研究者发现猫懂得物理定律和因果律,并认为它们可能在捕猎中应用这些理论。相关研究论文发表《动物认知》(Animal cognition)期刊上。

怎么知道猫懂物理?

研究者找了一些猫咖啡馆,取得许可后招募了30只家猫(13公,17母)当被试。猫咪们最小的两个月,最大的十岁,平均年龄为2.9岁。本实验通过了伦理审核,所有猫咪在实验过程中没有被剥夺饮水或食物。为了避免给猫任何线索或暗示,猫主人完全不知道实验目的,而研究者则坚持不与猫视线接触,也不给猫额外的动作指示。

实验流程是这样的:

  1. 猫主人轻轻约束住猫,研究者则坐在离猫1米的地方;
  2. 研究者呼唤猫名引起猫注意后,拿着一个不透明容器晃动5秒,有的容器里会传出碰撞窸窣声,有的则寂然无声;
  3. 将容器翻转成底朝天5秒,有的容器里会掉出东西,有的则什么也没掉出来;
  4. 看完后,猫被放开,可以自由活动15秒。

在猫所看到的四种场景中,两种符合物理定律,另两种看起来却不太对劲:


实验中的猫可能观察到的四种情形。图片来源:Calo,王劈柴

猫的所有反应,都被录了下来。在分析录像后,研究者发现:

1. 在容器被晃动时,猫盯着发声容器的时间更长,说明猫期待这里面有东西。

不同实验条件下,晃动容器时猫咪注视容器的时间。图片来源:参考文献[1]

2. 在容器翻转以后,猫注视那些“不科学容器”的时间更长,说明这些结果不符合猫的预期,猫十分好奇/困惑。


不同实验条件下,翻转容器后猫咪注视容器的时间。图片来源:参考文献[1]

这个结果提示,猫所理解的物理学(可能)是这样的——

  1. 声音不该凭空产生;
  2. 东西不该凭空产生;
  3. 假如一个有东西的容器翻转,里面的东西应该掉下来。

然而,喵星人没有料到的是,研究者在容器里藏了一块电磁铁。通电时,放在容器里的小钢球就会被牢牢吸住,既不会碰撞发声,也不会掉出容器。因此,研究者可以随心所欲地控制何时让钢球发出声响,何时又让钢球掉出来。


研究中,一只紧盯着容器的猫。 图片来源:washingtonpost.com

“猫能用因果律来合理推断,一些声音预示着隐藏物体。”论文第一作者高木佐保(Saho Takagi)总结说,“我们的实验或许证明了,猫对重力有些初步的理解。“(不过看起来还无法理解电磁学呢……)

为什么猫要懂物理?

从演化角度来说,猫是捕食者,而且常要在夜里捕猎。尽管猫的夜视能力好过人类,但多少还是会受限。在这样的情况下,听力就很重要,根据声音和物理定律来预判猎物位置、距离、运动方向的能力更是关键。在这样的演化压力下,或许……猫无师自通地学会了一些经典物理学,还获得了从不完整线索中推理出更多信息的能力。


艺术家尼可莱·赖曼(Nickolay Lamm)咨询了三位兽医专家后,绘出的“人眼中的夜晚世界”(上图)vs“猫眼中的夜晚世界”(下图)。猫的夜视能力比人强,在夜里视物所需的光强只是人类所需的1/6,因此下图比上图明亮。而下图比上图模糊,是因为猫的视力较差。 图片来源:businessinsider.com

别以为这种能力很寻常。2004年德国研究者就发现,即使是黑猩猩、大猩猩、倭猩猩和猩猩这些大猿,也得经过训练才会将“晃动容器会发出声音”和“容器里有食物”这两件事联系起来。有些研究者认为,听到声音后,灵长类通常的反应是避开而不是接近。只有捕食者才会闻声则喜,以声音作为“天赐猎物”的线索——猫正是如此。一般来说,猫能听到频率在55赫兹到79千赫兹之间的声音。人则能听到20赫兹到20千赫兹。也就是说,我们听低音比猫强,猫听高音比我们强——很多啮齿类动物会发出高于20千赫兹的超声波,而猫,能听到猎物的尖叫。

不过话说回来,高木佐保和同事所做的实验毕竟只是个初步研究,还需要更多的后续验证。对于这个实验本身的设计,也有人批评说“猫的数量不够多”,而且“猫本来就比较内敛,其反应可能无法准确测量”。


“我就是内敛,我就是不去,你走吧”图片来源:catgifs.org

喵星人当被试,再高冷也要研究

高冷的猫,确实是一种比较难搞的被试。2013年,东京大学的研究者斋藤慈子(Atsuko Saito)就发现,当多人呼唤猫的名字时,猫能准确认出自家铲屎官的声音,但“认出”的反应也只是动动耳朵转转头,不会像狗那样欢欢喜喜地应声跑过去。研究者沉痛地表示,虽然演化出了“听声辨人”的能力,但能认出主人又怎样?猫并不在乎。

在这个研究中,也有“猫不在乎”的状况出现,事实上,高木佐保等人足足淘汰了15只猫被试,5只就是因为无动于衷兴趣缺缺,5只太过惊恐拼命挣扎,5只数据误差太大。总之,凑齐30只不容易啊……

研究猫虽然难,但这群研究者已经在摩拳擦掌,准备再研(tiáo)究()一次猫被试,看看猫能不能根据声音判断出物体的大小和形状。高木佐保说,“猫有许多能力,我们还没能充分领会。”


高木佐保抱着她的猫。图片来源:Mayu Takagi

(编辑:Calo)

参考资料:

  1. Takagi, S., Arahori, M., Chijiiwa, H., Tsuzuki, M., Hataji, Y., & Fujita, K. (2016). There’s no ball without noise: cats’ prediction of an object from noise. Animal Cognition, 1-5.
  2. Takagi, S., Chijiiwa, H., Arahori, M., Tsuzuki, M., Hyuga, A., & Fujita, K. (2015). Do cats (Felis catus) predict the presence of an invisible object from sound?. Journal of Veterinary Behavior: Clinical Applications and Research, 10(5), 407-412.
  3. Shreve, K. R. V., & Udell, M. A. (2015). What’s inside your cat’s head? A review of cat (Felis silvestris catus) cognition research past, present and future. Animal cognition, 18(6), 1195-1206.
  4. Saito, A., & Shinozuka, K. (2013). Vocal recognition of owners by domestic cats (Felis catus). Animal cognition, 16(4), 685-690.
  5. Call J (2004) Inferences about the location of food in the great apes (Pan paniscus, Pan troglodytes, Gorilla gorilla, and Pongo pygmaeus). J Comp Psychol 118:232–241
  6. Editors. (2016). Cats seem to grasp the laws of physics. Retrieved June 20, 2016, from http://www.springer.com/gp/about-springer/media/springer-select/cats-seem-to-grasp-the-laws-of-physics/10252914
  7. Guarino, B. (2016, June 16). Physics test suggests cats understand gravity, Japanese researchers say. Washington Post. Retrieved from https://www.washingtonpost.com/news/morning-mix/wp/2016/06/16/physics-test-suggests-cafe-cats-understand-gravity-japanese-researchers-say/
  8. Spector, D. (2013, October 16). How cats see the world compared to humans [PICTURES]. Retrieved June 20, 2016, from Business Insider, http://www.businessinsider.com/pictures-of-how-cats-see-the-world-2013-10
  9. 心理学研究室(京大・文)所属学生. Retrieved June 20, 2016, from

文章题图:wordpress.com

 

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