راز سرعت خارق‌العاده دلفین‌ها

شکل‌گیری یک معما

این پارادوکس دقیقا از سال 1315 هجری شمسی و توسط یک محقق بریتانیایی به نام سر جیمز گری مطرح شد. وی نخستین کسی بود که شنای دلفین‌ها را فرمول‌بندی کرد؛ اما داستان معمایی که وی طرح کرد دقیقا چیست؟
ای. اف. تامپسون دریانوردی بود که در همان سال با کشتی تفریحی خود از اقیانوس هند می‌گذشت. این دریانورد در یکی از سفرهای خود متوجه جست‌و‌خیز یک دلفین پوزه بطری در اطراف کشتی‌اش شد.

تامپسون شاهد بود که دلفین تنها ظرف هفت ثانیه توانست خود را به قایق حدود ده متری وی برساند و از آن جلو بزند. همین مشاهده ساده زیربنای معادله و پارادوکسی بود که جیمز گری آن را مطرح کرد و در دنیای علم از آن تحت عنوان «پارادوکس گری» یاد می‌شود. گری بر اساس روایت تامپسون نیرویی را که این پستاندار آبزی برای درنوردیدن دریا لازم داشته محاسبه کرد و به این نتیجه رسید که این حیوان، قطعا ماهیچه‌ کافی برای تولید این نیروی خارق‌العاده را ندارد. حال پرسش اینجاست که اگر ماهیچه‌ها نیروی لازم را تولید نمی‌کند، پس منشأ نیروی پیشران دقیقا از کجاست؟

حل معما

دکتر فرانک فیش، یک زیست‌شناس دریایی از دانشگاه وست‌چستر ایالت پنسیلوانیا می‌گوید برای مدت زمان مدیدی همین سوال ساده، مناقشات زیادی را در جامعه علمی به وجود آورد، اما اکنون تحقیقات نشان می‌دهد منشأ نیروی خارق‌العاده‌ای که امکان شنای سریع و تعقیب را به دلفین‌های پوزه بطری می‌دهد، دم قدرتمندشان است. دکتر فیش می‌گوید بر اساس قواعد فیزیک برای آن‌که موجودی در قد و اندازه دلفین بتواند با سرعت روی آب حرکت کند، آبی که روی پوستش جریان پیدا می‌کند، به جای روان بودن باید متلاطم باشد. اما مساله اینجاست که همین جریان متلاطم و ناآرام آب نیز دقیقا فشاری مضاعف را بر بدن حیوان وارد می‌کند. دکتر فیش در ادامه افزود: «زمانی که جیمز گری متغیرهای مدنظر خود را به معادله‌اش وارد و این طور فرض کرد که جریان باید متلاطم باشد، در اصل به این جمع‌بندی رسید که بدن دلفین آن میزان و حجم عضله کافی را برای تولید نیرویی که بتواند او را به جلو سوق دهد، ندارد.» جیمز گری در عین حال این فرض را مطرح کرد که دلفین‌ها حداقل باید کاری انجام دهند که بتواند این جریان متلاطم را به جریان آرام و سیال تبدیل کند؛ اما تا امروز هیچ دانشمندی موفق نشده بود استراتژی این پستانداران را دقیقا شناسایی کند.

حباب‌ها + لیزرها = راه‌حل

در واقع بخشی از مشکل این بود که محققان نمی‌توانستند مستقیما نیرویی را که دلفین‌ها برای حرکت در آب وارد می‌کنند، اندازه‌گیری کنند. دکتر فیش این‌طور تشریح کرد که لازمه به دست آوردن این اطلاعات، این بود که دانشمندان با استفاده از ذرات مرئی نظیر دانه‌های شیشه‌ای کوچک بتوانند عکس‌العمل و شرایط مولکول‌های آب را زیرنظر داشته باشند. دانه‌های شیشه‌ای بسیار ریز که از آنها نام برده شد، اغلب در معادلات تجربی مهندسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تحت این شرایط است که محققان می‌توانند با تابش یک سطح نور لیزری، تغییرات را بررسی کنند. در واقع عکس‌العمل دانه‌های شیشه‌ای نورانی نسبت به جسم شناور در آب، این امکان را می‌دهد که نیروهای تولیدی مشخص شود. دکتر فیش در ادامه افزود که این کار عملی نیست، چرا که می‌تواند بشدت به دلفین‌ها صدمه وارد کند و هیچ محقق بااخلاقی راضی به چنین قساوتی نمی‌شود. اما شانس حل این معما را محققی به نام تیموتی وی از دانشگاه نبراسکا که روی شناگران المپیک تحقیق می‌کند، در اختیار دکتر فیش و همکارانش قرار داد. پروفسور وی که یک مهندس مکانیک است، پیشنهاد کرد برای این کار از یک دیواره یا غشای حبابی استفاده شود. خود وی نیز برای تعیین نیروی تولید‌شده توسط شناگرها از این روش استفاده می‌کند. در نتیجه پروفسور فیش و همکارانش در دانشگاه سانتاکروز کالیفرنیا یک غشای حبابی درست کردند. دلفین‌ها معمولا از هر چیز جدیدی بشدت واهمه دارند. برخورد اولیه آنها نیز با کمی ترس همراه بود، اما سرانجام نوازش‌های مربیان اجازه امتحان کردن را به گروه تحقیقاتی داد.

دم در نقش فرمان

نتیجه این تحقیقات نشان داد بخش نوک تیز دم دلفین‌ها، عامل تولید همان انرژی خارق‌العاده‌ است. دکتر فیش در این باره می‌گوید دم دلفین‌ها در واقع بال پرواز آنهاست.

نیروی بالابری که از تکان‌های رو به بالا و پایین دم حاصل می‌شود، دلفین‌ها را که بین 150 تا 650 کیلوگرم وزن دارند با شتاب هرچه بیشتر به سمت جلو هل می‌دهد. از طرف دیگر آزمایش‌ها نشان داد دم دلفین‌ها بشدت انعطاف‌پذیر است و همین مساله باعث می‌شود آنها بتوانند طیف وسیعی از سرعت‌ها را داشته باشند. دکتر فیش در خاتمه افزود: «دلفین‌ها احتمالا مهار کنترل دم را مثل فرمان ماشین در اختیار دارند، چرا که در اصل هرچه سریع‌تر حرکت می‌کنند، دم آنها نیز سفت و محکم‌تر می‌ایستد. همین مساله در سرعت‌های بالا بر بازده شنای آنها نیز تاثیر می‌گذارد. از طرف دیگر این احتمال بعید نیست که دلفین‌ها از طریق کشش و انبساط ماهیچه‌هایشان بتوانند حرکت دم را مهار کنند.»

دکتر فیش و همکارانش هنوز در میانه راه تحقیقات خود هستند اما این مساله مهم است که کابوس معمای جیمز گری دیگر کمتر دانشمندان را آزار می‌دهد.

منبع:‌نشنال جغرافی / مترجم: فرناز حیدری