《你想飞吗，像鸟一样？》 朱步冲解读

《你想飞吗，像鸟一样？》| 朱步冲解读

你好，欢迎每天听本书，今天我要为你讲述的书，是英国著名演化生物学家，科普作家理查德·道金斯的《你想飞吗，像鸟一样？》，副标题叫“一座关于飞行的纸上博物馆”。

说到飞行，它首先是自然界中许多生物赖以生存的运动方式。然而，比起陆行动物在地面上的移动，或者水生动物在水中的游弋，在视觉上，飞行显得更加自由飘逸，无拘无束，所以人类自诞生以来，就一直有摆脱重力，在天空翱翔的梦想；最终，人类终于借助自己的智慧，和一代代先驱的经验传承，通过技术革新，制造出了各种各样的航空航天飞行器，实现了飞行的梦想，并一步步把自己的飞行范围，从地球大气层内，拓展到了广阔的宇宙中。

相信我们当中的很多人，对于飞行，从小就有各种各样的疑惑：为什么鸟类和昆虫能够长出翅膀飞翔，而人类不能？飞行的物理原理到底是怎样的？为什么人类制造出的各种飞行器，外形都或多或少和那些能够飞翔的生物有些相似？对于这些问题，作者道金斯都在书中娓娓道来，为我们从生物进化学、流体力学等角度做出了丰富而生动的解释，并穿插着自己在研究中，对飞行进行的发散性思考；通过了解生物飞行技能与人类航空技术的发展，我们可以发现，人类航空之梦的实现，与对于自然界飞行生物的研究，如同一个硬币的两面，交替演进，密不可分。

本书作者道金斯，也是著名畅销科普著作《自私的基因》的作者，借助自己深厚的基因生物学知识，他告诉我们，无论是生物的飞行，还是人类的航空技术，两者发展与演进的底层逻辑与路径，十分相似：归根结底，飞行之所以在演化中出现，是一种生物为了维系自身生存和繁衍，而诞生的“向外冲动”；无论是人类借助机械的飞行，还是生物借助自己翅膀的飞行，都是在与生存环境的博弈中诞生，不断进步，并且时刻在进行着收益与资源耗费的计算和取舍。

接下来，我就基于作者道金斯的叙述，分三个部分为你介绍本书的主要内容：首先，我们来了解下，为什么生物需要飞行，这种独特的运动模式能为它们带来什么好处，以及飞行技能是如何演化诞生的。其次，再从生物学和航空工程学角度，来看看生物飞行的原理，以及人类设计航空器时，对大自然这种精妙设计的借鉴；而在第三部分中，我们再把目光从大自然移回人类世界，来看看人类早期航空技术的源起与发展历程。

首先让我们来从生物进化学角度看看，飞行有什么好处呢？飞行，虽然看起来非常“炫酷”和“拉风”，但作者认为，归根结底，生物进化出每一种运动功能，还是为了生存和繁衍，飞行也不例外：比如兀鹫、塘鹅等猛禽，它们能够依靠飞行，从高处俯瞰大地和水面，比起在陆地上的肉食动物，飞行所带来的直接优势，就是能够将自己搜索猎物的领域变得更大。同时，飞行还让它们在俯冲捕猎时，依靠重力势能获得极高的速度，比如一只游隼的俯冲速度，最高能达到时速322公里。同样，比如蜜蜂和蝴蝶这样的昆虫，在花朵中采集花蜜，同时顺带为花朵进行授粉。考虑到花朵之间的距离，从地面上步行过去，再费劲地爬上高矮不一的植物茎秆，显然不是一种最迅捷经济的运输模式，而飞行，则能将这种工作的效率最大化。

而另一些动物，则是为了躲避陆地上的捕食者，而逐渐演化出了飞行的本能；比如三趾鸥，它们专门在海边或者岛屿上的峭壁附近筑巢。由于险峻的地势，几乎没有什么陆行动物能够威胁三趾鸥的巢穴。

同样，飞行也能给繁衍带来意想不到的好处。我们所处的地球，由于围绕太阳公转，四季分明，所以对于动物来说，最佳的觅食地点和生育地点，会随着季节而变动。在进化过程中，这些动物就逐渐算明白了一笔账，那就是长途迁徙带来的好处，也就是更多的食物，和更适合生育的气候，往往能够超过长途迁徙所花费的成本。而在各种迁徙方式里，飞行，反而是最省力、最便捷的。

北极燕鸥，就是鸟类中出类拔萃的长途旅行专家。每一年，为了避开寒冬，享受两个食物充足的夏天，它们都会从北极圈出发，用2个月的时间飞往南极圈，随后再返回故乡。这往返几万公里的路程，如果是陆行动物和水生动物利用步行或者游动来完成，耗费的时间肯定是飞行的几倍乃至十几倍，途中耗费的能量、遭遇的风险无疑也更多。

说到这里，有人要问了，既然飞行能够给动物带来如此多的好处，那为什么只有少数动物在进化中长出了翅膀，能够翱翔蓝天？例如，猪为什么就不会飞呢？作者道金斯就说了，对于这个问题，一般的生物学家会做出一种比较浅显的解释，那就是，在进化过程中，猪不幸没有发生能长出翅膀的遗传变化，所以自然选择定律也束手无策。但是道金斯说，在他看来，猪，乃至其他很多动物之所以没有长翅膀，而是进化过程中，基因本身为了持续繁衍生存，在长时间内与自然环境进行博弈，以及深思熟虑的计算后，产生的结果。

说白了，很多动物没有进化出翅膀，是因为翅膀对它没有用处：飞行给它带来的好处，不能弥补拥有翅膀带来的损害和不便，进而会妨碍它的基本生存方式。道金斯举例说，比如蚂蚁，除了繁殖前的蚁后和雄蚁有翅膀，数量最多的工蚁是没有翅膀的。这是因为，工蚁无法进行繁殖，所以主要用来进行空中交配的翅膀对它们来说，没有用处。而且，工蚁的主要任务是修建蚁巢、搬运食物、养育幼体，翅膀会妨碍它们在巢穴中狭窄的通道内灵活地运动。同时，如果要把大块的食物拖回巢穴，工蚁们必须集体协作；如果这些工蚁试图用飞行“空运”的办法来解决，显然难度太高，所以从地面上把猎物拖回巢穴，才是最经济适用的办法。最后，飞行是一种极端消耗能量的运动方式。如果一个巢穴中有太多的蚂蚁会飞行，那么即使所有蚂蚁都不眠不休地收集食物，也无法维持整个巢穴的能源需求。

同样，很多栖息在海岛上的鸟类，也会在漫长的进化中，慢慢失去飞行能力。这是因为它们长期处在一个相对安全、缺乏陆地捕食者或者竞争同类的环境中，飞行变成了一种奢侈的非必要功能，例如印度洋毛里求斯群岛上的渡渡鸟，它们原本拥有的飞行能力，在长期安全的环境中慢慢退化了。不幸的是，荷兰殖民者在17世纪初来到了这里，人类的大肆捕杀、外来物种的侵袭，以及栖息地的破坏，导致不会飞的渡渡鸟迅速灭绝。

那么，在生物进化中，第一次飞行，或者说，第一只飞起来的动物，是如何做到的呢？作者道金斯说，对于这个问题，进化生物学研究专家基本分成了两个派别：一个叫“树木滑翔派”，一个叫“地面起飞派”。简单来说，前一派的观点是，远古动物学会飞行，靠的是先爬到树上，然后跳到空中进行滑翔，比如鸟类的直系祖先小盗龙。久而久之，它们在滑翔过程中学会了扑打前肢或者翅膀，滑翔也就慢慢变成了飞翔。时至今日，还有一些动物，在坚持树木之间的滑翔，这种原始的飞行方式，比如蜜袋鼯和飞蛙。

而地面起飞派呢，他们认为，远古动物学会飞行，首先是在地面上快跑。当时，有几种外形类似于今天非洲鸵鸟一样的小型恐龙，它们的前肢已经长出了羽毛。在奔跑中，它们伸出了前肢用来保持身体平衡，有时还夹杂着跳跃。实际上，如果你观察今天的许多家禽，比如鸡鸭的时候，就会发现，当它们在遭遇危急情况时，会采取这种扑腾着翅膀，夹杂着跳跃的跑动方式。另外，一部分古生物学家还指出，这些动物在躲避天敌的时候，常常会试图登上高处，比如一段陡峭的斜坡或者树干；在这个爬坡过程中，为了给自己提供一点额外的助力，它们会拼命向斜下方扑腾翅膀。经过一代代的繁衍和自然选择，这些鸟类的祖先，在逃避捕猎时，跳跃距离稳步变长，带羽毛的前肢越来越发达，表面积逐渐变大，最终在某个时刻，其中的某一只，在快速奔跑或者攀爬中，终于腾空而起，翱翔于空中，迈出了飞行的第一步。

接下来，我们再从生物学和航空工程学角度，来看看生物飞行的原理。作者道金斯说，总体来说，一只动物的表面积与体重的比，数值越大，那么它就能在空中获得更多的空气升力，飞行起来也就越容易。例如，两个同样的气球，一只充满了空气，膨胀成一个球形，而另一只没有充气，把它们同时从距离地面一定高度的地方扔下来，那么很明显，没有充气的气球会首先落地。 所以，任何具有飞行能力的动物，要么是在进化中拼命限制自己的个头和体重，要么就是努力扩展自己的身体表面积，所以这就是为什么，所有能够飞行的生物，主要是鸟类和昆虫，它们的身体尺寸和体重，都要明显小于陆地爬行动物和水生动物，同时它们的翅膀面积，要远远超越它们的躯干。

同时，为了能够飞行，动物身体的整体结构也要进行对应的系统优化：让我们先来看看鸟类，首先为了减重，鸟类的所有骨骼都是中空的，而且为了扇动巨大的翅膀，鸟类体重的大约四分之一，都给了发达的胸大肌和胸小肌；而为了支撑固定异常发达的胸肌，鸟类的胸骨也变形成凸起而坚固的龙骨突，同时左右锁骨也愈合成为叉骨，所以鸟类的翅膀除了上下扇动外，其他方向的活动性都非常差。

说到这里，有人就要问了，那么翅膀为什么能带给生物或者人造航空器在空气中上升的效果呢？这就要从流体力学角度，来简单讲述下飞行的原理了：刚才说过，无论是人类制造的航空器，还是自然界中的生物，要飞行，就要尽量让自己的表面积足够大，所以翅膀就是一种能有效增大表面积，来“兜住”空气的身体结构。

原来，当气流在空中遇到运动中的航空器或者生物翅膀时，它们就会像水流遇到船头一样，被劈开，分别从翅膀上下个方向流过。这个时候，翅膀的角度，和飞行速度，决定了两股气流的速度会有不同：理想状况是，翅膀上方的气流速度比较快，降低了机翼上方的空气压力，而翅膀下方的气流速度相对慢，空气压力不变，甚至增高；这样，机翼上下方的空气压力就形成了压力差，如同一双无形的大手，把飞行的生物或者航空器，托举在空中。虽然听起来很深奥，但是作者道金斯说，你可以通过两个非常简单的小实验，直观体验这个流体力学原理：首先，当你坐在汽车上的时候，在确定安全的前提下，打开车窗，把手臂伸出窗外，同时把手掌弯曲成弧形，如果车速足够快，你就会感到自己的手，被风托起；第二个实验则更简单，你在自己面前用双手展开一张纸巾，让它自然下垂，然后开始对着它吹气，纸巾的下端就会飘起，呈水平方向悬浮在空中。这就是因为，你嘴里吹出的气流，让纸巾下方的空气压力大于纸巾上方的压力，造成了一股向上的推力。

所以，如果用最粗浅的语言来解释，鸟类在空中，每次扇动翅膀的动作，是一个非常符合流体力学原理的精妙过程：鸟类向上挥动翅膀时，翅膀局部收缩，扇出的空气少，向下挥动时，翅膀伸展至最大，扇出的空气多。这样每扇动一次，都有一团空气，被翅膀狠狠拍向鸟类躯体下方，增大了气压，从而让自己持续悬浮在空中。而整个扇翅动作如果从侧面来看，是向斜下方运动，这就如同在水中划桨行船一样，利用空气的反作用力，让自己获得了前进的推动力。

接下来，作者道金斯还谈到了鸟类身上一种对于飞行来说，至关重要的器官——羽毛。那么羽毛在飞行中的作用到底是什么呢？原来，空气在通过飞机机翼或者生物的翅膀时，并不会像流体力学课堂上的示意图那样，以完美的平滑曲线掠过，而是会产生大大小小的涡流，也就是一个个像旋涡一样的小气流。这是因为，气流方向与倾斜的翅膀和机翼之间形成了一个夹角，导致机翼下方的气流在高速掠过之后，因为压力差，又回到了机翼上方。

对于翱翔的航空器或者飞行生物来说，涡流如同一个个可恶的捣蛋小精灵，在空中不断制造阻力，拉拽着自己。那么怎么办呢？鸟类轻盈而浓密的羽毛在这个时候就派上用场了。鸟类身上的羽毛一般分为三类，一类叫飞羽，就是长而强韧的条状羽毛，通过微小的羽钩紧密排列在一起；第二类叫覆羽，是外形如同瓦片状，比较短的羽毛；第三类就是尾羽。在飞行中，三类羽毛可以说是各司其职，飞羽在鸟类飞行时，用来拍击空气，产生升力，覆羽用来降低涡流产生的阻力，而尾羽则负责平衡和控制方向。

在恐龙时代，鸟类的先祖就长出了羽毛，但此时羽毛的主要作用，是为了散热和御寒。 在漫长的进化过程中，鸟类不仅学会了飞翔，还学会了精确控制翅膀的运动模式，甚至每一片羽毛的状态，都可以在空中实现“气流管理”，来达到最佳的飞行效果：实际上，每一片飞羽，都可以看作是翅膀这个整体中，能够独立自我调整的“小翅膀”，通过开合调整，来引导气流，提高升力；而鸟类的覆羽，则可以做到时而竖起，时而放下，这样一来，就在自己的躯体周边制造一些小的涡流，成功地抵消中和了原本空气中已有涡流造成的阻力，让自己飞得更加轻松迅捷。

说来惭愧，对这种生物进化中形成的精妙技术，我们人类的科技水平虽然在不断进步，但迄今为止也只学会了一部分：比如，我们通过空气动力学研究，破解了鸟类覆羽的功能，于是，你就能发现，在飞机和汽车表面，工程师们加装了许多类似小锯齿或者鲨鱼鳍一样的设备，这就是涡流发生器。安装它的目的，就是在模仿鸟类的覆羽，优化航空器和车辆的整体气动布局，降低空气带来的阻力。

好了，从生物与工程学角度谈完了飞行的原理，那么我们再顺着作者道金斯的叙述角度，结合其他相关资料，来简单谈谈，人类是如何通过发展航空航天技术，来实现飞行之梦的。

从人类进入文明时代开始，能够飞行的生物，常常被我们的祖先当作神明来崇拜。同时，在远古时代的神话和传奇里，飞行也被当作一种超能力，被赋予那些传奇中的英雄人物。最著名的例子，就是古希腊神话中的能工巧匠代达罗斯。传说中，代达罗斯，为克里特岛国王米诺斯制造了一座精巧的迷宫，但米诺斯却把代达罗斯和儿子伊卡洛斯囚禁起来，禁止他们离开。为了逃离克里特，代达罗斯收集鸟类的羽毛，并用蜡作为黏合剂，制造了两副精巧的翅膀，试图从空中逃走，起初一切顺利，但伊卡洛斯由于过分陶醉于飞行的快感，忘记了父亲的叮嘱，飞得距离太阳过近，高温导致翅膀分崩离析，最终坠海而死。

这个传说，反映了早期人类对飞行技术的朴素认知，人和会飞的鸟类之间，只差一对翅膀。在古代历史记载中，很多尝试飞行的先驱者都付出了惨痛的代价，比如9世纪，在今天的西班牙的安达卢西亚，有个发明家菲尔纳斯，曾经直接模仿代达罗斯，浑身粘满羽毛，从高处跳下，不过他的运气比较好，也许正好遇到了一阵强风，在空中滑翔了一段并安全降落，只是摔伤了后背。据说在明代，我国有个胆大的火药发明家陶成道，因为制造火药兵器有功，被明太祖朱元璋封为万户。陶成道从火药兵器的发射原理中，构思出了一个飞行的方案，自己坐在一张椅子上，手持两个大风筝，椅子后面绑定了47支火箭，本来这个方案在理论上倒是有一定合理性，火箭燃烧后产生推力，推动他和椅子上天，然后再用风筝保持平衡并减速，降落回地面，不料火箭在点燃后直接爆炸，陶成道壮烈牺牲 。

随着早期物理学与工程技术的发展，人类逐渐意识到，要想征服蓝天，还得借助机械装置的力量。不过，机械装置太复杂，太重，在蒸汽机和内燃机诞生之前的年代里，这条设计道路行不通，顶多能够造出让人坐在上面滑翔一段距离的无动力滑翔机。由于这个原因，人类在很长时间内只能退而求其次，先能让自己升空，且待的时间足够长就可以，途径就是想办法利用比普通空气还轻的气体，带着自己上天，比如加热后的空气，或者氢气。1783年，两位法国人，科学家罗齐埃和贵族达尔朗德侯爵，成为人类历史上首次飞行的参与者。他们搭乘的是一只热气球，由造纸商蒙格尔菲耶兄弟制造。作者道金斯在书里说，这两兄弟的灵感来源于一个生活现象，就是，在室内烘烤衣服的时候，热空气会托着烘干的衣服飘向屋顶。

气球虽然满足了人类最初升上天空的欲望，但人类很快就想更进一步，毕竟，你坐在气球下面的吊篮里，只能任凭风吹，随波逐流，唯一能控制的只有气球飞行的高度。所以，在19世纪后半期，各种工程师就想办法，把不断改良的蒸汽机甚至内燃机装上气球，让它变成可以精确操控的飞行器，这，就是飞艇。

不过，飞艇在空中称霸的时间并不长。首先，随着飞艇载人舱和发动机的重量不断加大，飞艇的气囊部分必须越做越大，所以材料必须是柔软的纺织物，只有支撑的骨架才能使用金属材料，因此它的坚固性始终是个问题。其次，由于材料的特性，飞艇的气囊充其量只能做成雪茄形，再加上体积庞大，所以产生了极大的空气阻力，让飞艇始终飞不快。最后，飞艇气囊里填充的氢气，极其易燃易爆，从而使飞行变得极端危险。1937年5月6日，德国大型豪华飞艇“兴登堡号”，由于氢气泄漏爆炸，于美国新泽西州坠毁，造成36人死亡，而在之前的1933年，美国飞艇“阿克伦”号也因类似原因坠毁，死亡人数高达73人，从而宣告飞艇并不能成为人类依赖的可靠航空器。

最终，人类还是得回到那条最艰难的道路上：想办法用金属等硬材料制造外形类似鸟类的快速飞行器，再搭载发动机来推动，航空这个单词的英语版本“aviation”，它的词根追本溯源，就是到拉丁语里的鸟“avem”。

现代航空器设计的鼻祖，可以追溯到文艺复兴时代的著名艺术家达·芬奇，他本身也是一位涉猎领域甚多的工程天才，他也设计过许多滑翔机建造方案，其中一些，用今天的航空工程学眼光来看，也十分合理。

从文艺复兴晚期到第一次工业革命初期，是一段人类科学和技术飞速发展的时期，许多科学领域的基本定律与原则，都诞生在这个时期。比如意大利科学家乔瓦尼·博雷利在《论动物的运动》一书中，深入研究和对比了鸟类与人类的肌肉、骨骼，然后失望地指出：没有鸟类轻盈的中空骨骼、流线型的身体和强大的胸肌，人类靠自身力量是不可能飞行的，所以说，仅仅安上翅膀，以人力驱动，直接模仿鸟类的飞行模式，是一条行不通的死路。

具体到航空器设计与飞行领域，英国人乔治·凯利爵士可以说是现代飞行器的设计先驱。他得出结论，人类要想升空，那么航空器仅靠机翼飞起来是远远不够的，整个飞行过程还必须稳定可控，所以他设计的滑翔机，不仅有表面积巨大的固定机翼来提供升力，还有一个借鉴了鸟类尾羽造型的十字形尾翼，来保持飞行中的稳定。为了操控尾翼，凯利还在座舱内安置了一个方向舵，和尾翼用绳索连接在一起，方面乘坐者手动调整。可以说，凯利的这架滑翔机，就是现代航空器的鼻祖。 而当美国人莱特兄弟终于驾驶自己的飞机，在1903年12月升空，实现了人类历史上第一次动力飞行时，他们的成就，正是建立在像达·芬奇到凯利爵士等一系列先驱的肩膀上，恰似第一只鸟类的升空，是亿万年来无数先祖的演化努力的最终结果那样。

好了，这本《你想飞吗，像鸟一样？》的主要内容，就为你介绍到这里。作者道金斯利用自己深厚的生物学研究成果，和多年科普练就的叙述能力，带领读者穿过亿万年的地球生物进化史，以及上千年的人类航空技术的演化发展史，来为我们解释了一个个关于飞行的基本问题：从飞行带来的演化与繁衍优势、生物飞行技能如何诞生、飞行的力学原理，到人类航空器的设计，如何借鉴了其他飞行生物的身体构造等等，可以说蔚为大观，堪称一部有关飞行的趣味百科全书。

自然界的其他生物，之所以飞行，是为了更好地生存与繁衍，而人类对飞行的渴望，其背后的原因可能更为复杂：作者道金斯在本书结尾说，一方面，已经成为地球主宰的人类，在心灵深处，依旧对我们生存环境的未来充满了不确定性和危机感；所以，人类之所以不断尝试飞翔，就是进化本能中的迁徙冲动在起作用：无论如何，自己的后代必须要有一部分前往远方生存。因为现在脚下这片栖息地，总有一天，也许会因为某种突发灾难或者缓慢的退化，而变得不适合居住。 未来，也许白垩纪小行星撞击地球的突发事件，会再度重演，但到那时，人类可能已经借助先进的航天飞行器，移民到了更为宜居、安全的类地行星。今天，类似马斯克的星舰太空船和筹建中的阿尔法火星基地，很可能就是这波人类大迁徙的先声。

但是，在另一方面，我们对于飞行的渴望，来自人类独有的对于实现自由意志，和探索未知的渴望。这种探索也许不会立刻带来物质上的报酬，但会让我们的精神世界充盈而宁静。用作者道金斯自己的话说，就是：我把科学本身也看作是一次飞向未知的史诗飞行，它或者是朝向另一个行星的真实迁徙，或者是心灵的畅想……就像飞行时摆脱重力进入第三维度，科学也在摆脱日常生活，盘旋地升上想象的精妙高度。来吧，让我们张开翅膀，看它们会将我们带往何方。

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划重点

1. 我们对于飞行的渴望，来自人类独有的对于实现自由意志，和探索未知的渴望。这种探索也许不会立刻带来物质上的报酬，但会让我们的精神世界充盈而宁静。

2. 科学本身也是一次飞翔未知的史诗飞行，它或者是朝向另一个行星的真实迁徙，或者是心灵的畅想。