博雯 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
现在，科学家们终于搞懂蜘蛛是怎么飞行的了。
哦不对，放错了，是这个：
加州大学的科学们假设，蜘蛛虽然没有翅膀，但却可以依靠自己吐出蛛丝的负电荷，以及地球大气中的正电势场形成的电场来飞行。
基于这一假设，研究团队正经进行了受力分析和数值模拟，实验结果发表在统计物理学、非线性物理领域的期刊Physical Review E上：
对此网友们热烈讨论，并表示：
蜘蛛统治世界的时代已经不远了！
不过在蜘蛛真的统治世界之前，还是让我们先来看看它飞行的原理。
（本文不含任何蜘蛛高清图，读者可放心食用）
蜘蛛如何靠电场飞行？
首先，科学家们建立了一个包括粘性力、蛛丝、蜘蛛的重量和尺寸、静电上升力、排斥力以及弹性弯曲力的三维数值模型，以探索蜘蛛蛛丝在气流中的膨胀和展开的动力学。
如图所示，一个吐出蛛丝的蜘蛛可以被简化为这样一个模型：
一个直径2毫米左右的实心球体，顶部有2、4或8条距离十分接近（100微米）的丝线，开始为垂直方向，每根线都附有电荷。
关于丝线上是如何带上静电荷的，研究人员认为，这可能是在蜘蛛制作蛛丝的过程中迅速加载电荷，或在制作完成之后，吐丝时与气流产生的摩擦。
为了研究流体结构与电场的相互作用，数值模拟涉及到三个部分：
通过离散弹性棒（DER）方法计算线的弹性变形，即弯曲、扭曲和拉伸等等阻力理论（RFT）方法计算蜘蛛和丝线上的流体动力学的粘性力由大气电位梯度和丝线电荷引起的静电力
具体而言，在数值模拟中，蜘蛛被建模为一个弹性棒网络。
其中一个节点x0代表蜘蛛身体，每条线有Nt个节点。对于一个有nt条线的蜘蛛，节点的总数是ntNt+1，两个连续节点之间的向量是边，每个线程由Nt条边组成：
边的拉伸、弯曲、旋转则采用这样一种框架来分析：
在模拟实验中，蜘蛛从地面静止，然后开始被电场“提起”。
带电的、最初的丝线会附着在蜘蛛身上，丝线之间的相互排斥会导致它们在一段时间内分开。随着蜘蛛向上加速，向下的阻力会增加，和蜘蛛本身的重力一起抵消向上的力。
最终，团队中的研究人员Charbel Habchi下了定论：
我们认为，至少小型蜘蛛在没有任何上升气流帮助的情况下，完全可以通过电场悬浮。而体型较大的蜘蛛则需要向上气流的推动。
“懂了，蜘蛛会用原力”
对于这项研究，广大网友身体力行地上演了一波真·震惊体。
我震惊地张大了嘴，但又害怕有一百只小蜘蛛飞进来。
巨大的蜘蛛群笼罩并袭击了整个北乔治亚区和周边地区。这真是个不错的科幻概念。
下面有人回复道：别再说了，我要yue了……
而星球大战梗也虽迟但到：
所以蜘蛛会使用原力。
论文：
https://journals.aps.org/pre/abstract/10.1103/PhysRevE.105.034401
参考链接：
[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/
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