Năm mão nói chuyện mèo

Trên trường chính trị quốc tế hổ và mèo đã nhiều lần làm cho dư luận xôn xao. Năm 1956, Mao Trạch Đông đã nói “Đế quốc Mỹ là con hổ giấy ”. Sau đấy, khi có rạn nứt trong quan hệ Xô - Trung, Nikita Khruschev đáp lại: “ Con hổ giấy đó có răng hạt nhân ”.

Ý tưởng của người Trung Quốc không sợ Mỹ, đuổi kịp và vượt Mỹ về khoa học công nghệ được Đặng Tiểu Bình người thực sự nắm quyền lực ở Trung Quốc từ năm 1977 thực hiện với chủ trương cải cách và mở cửa, nhanh chóng hiện đại hoá Trung Quốc. Châm ngôn Đặng Tiểu Bình đưa ra là “ Mèo trắng hay mèo đen không có vấn đề, miễn là bắt được chuột ”.

Ý chí của người Trung Quốc không sợ đế quốc Mỹ, hiện đại hoá Trung Quốc đã được thể hiện rõ ở vị trí kinh tế chính trị của Trung Quốc ngày nay. Đến lượt các nhà chính trị Âu Mỹ để trấn an lại nhận định: Trung Quốc: Mãnh hổ bằng giấy (tên của chương 5 ở sách Thế giới 100 năm tới: Những điều có thể xảy ra , tác giả George Friedman). Như vậy chuyện quốc tế về hổ và mèo còn dài, có khi lại luẩn quẩn giữa hổ thật hổ giấy, mèo trắng mèo đen.

Có lẽ đối với chúng ta, câu châm ngôn “ Mèo nhỏ bắt chuột con ” là vừa phải. Nhưng ta đã biết hết, đã huy động hết khả năng của mèo nhỏ chưa? Còn chuột con chắc gì đã kém chuột lớn. Suy nghĩ lan man như thế cũng còn dài như chuyện hổ và mèo. Trong không khí vui vẻ đầu xuân đón năm mèo ta hãy tạm chuyển sang vấn đề ít đau đầu hơn: Những gì mới đối với con mèo, loài mèo?.

1. Công bố giải Nobel Vật lý năm Canh Dần (2010) Viện Hàn lâm Khoa học Thuỵ Điển đưa ra hình ảnh chiếc võng mèo

Giải Nobel Vật lý công bố trong đầu tháng 10/2010 vừa qua được trao cho hai nhà vật lý Andre Geim và Konstantin Novoselov với thành tích là lần đầu tiên tách được graphen từ than chì để mở ra hướng nghiên cứu về vật liệu hai chiều graphen. Graphen là một lưới hình tổ ong, đỉnh của các hình lục giác là các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị cực mạnh. Để dễ hình dung đặc điểm của lưới này, khi công bố nội dung của giải, Viện Hàn lâm Khoa học Thuỵ Điển đưa ra hình ảnh một cái võng làm bằng graphen diện tích 1 mét vuông chỉ nặng chưa đến 1mg (nặng bằng 1 cái ria của con mèo) trên võng có con mèo nặng 4kg nằm, võng không bị đứt (hình 1). Cái võng graphen đó chỉ dày có một lớp nguyên tử cacbon nên thực tế là “trong suốt”, mèo nằm trên võng như lơ lửng trên không khí. Cuối năm hổ, con mèo đã đi vào giải Nobel dưới hình ảnh chiếc võng mèo (cat hanmok).

2. Mèo uống nước như thế nào?

Cũng vào cuối năm Dần các nhà khoa học cùng báo chí thế giới xôn xao về chuyện mèo uống nước.

Con mèo nuôi trong gia đình trẻ con người lớn đều quen biết, có người hàng ngày ôm ấp, ngắm nhìn, cho mèo ăn uống hàng tiếng đồng hồ. Bỗng nhiên tháng 10 năm 2010 tạp chí Science của Mỹ, một tạp chí nghiên cứu tự nhiên rất nổi tiếng công bố một bài báo của 4 nhà khoa học là Pedro M. Reis và Roman Stocker ở Viện MIT (Massachusetts Institute of Technology) cùng Sunghwan ở Đại học Bách Khoa Virginia và Jeffrey M. Aristoff ở Princeton.

Bốn kỹ sư này đã nghiên cứu phát hiện một điều rất giản dị, diễn ra hàng ngày trước mắt mọi người nhưng không ai chú ý. Đó là cách mà mèo uống nước khác hẳn các loài vật thông thường như chó, lợn chẳng hạn. Khởi đầu là Stocker ở MIT ba năm trước đây trong lúc ăn sáng âu yếm nhìn con mèo Cutta Cutta (đặt theo tên của công viên quốc gia Cutta Cutta ở Bắc Mỹ nơi Stocker công tác trước đó) ông để ý rằng con mèo uống nước chỉ khẽ nhúng đầu lưỡi vào mặt nước chứ không nhúng mồm vào và nhanh chóng đưa đẩy lưỡi như thế nào đó để uống hết chén nước nhưng mồm mép râu ria không bị ướt (hình 2).

Sau đó ông rủ một số người cùng cộng tác mượn máy quay phim cực nhanh để quay cảnh mèo uống nước rồi quay chậm lại để phân tích. Kết quả cho thấy mèo chỉ thè lưỡi xuống, đầu lưỡi hơi cong lại như cái thìa và chấm nhẹ cho vừa tiếp xúc với mặt nước. Sau đó mèo kéo nhanh lưỡi lên trên, một cột nước nhỏ theo lên ở đầu lưỡi mèo. Nước chưa kịp rơi xuống mèo đã ngậm miệng lại, uống được phần cột nước theo lưỡi dâng cao nằm trong miệng. Xong mèo lại há miệng ra, thò nhanh lưỡi xuống rồi lại nhanh chóng kéo lưỡi lên. Phân tích thì thấy mèo lặp lại kéo lưỡi lên xuống nhanh như thế 4 lần trong một giây và tốc độ chuyển động của đầu lưỡi là 1 mét/ giây. Với tốc độ như vậy mắt thường của người không theo dõi kịp.

Chó uống nước theo cách khác. Thế nào chó cũng phải sục mồm vào nước, phối hợp với lưỡi hút kéo nước lên. Chó uống nước thì mồm chó phải ướt. Vốn là những kỹ sư, tác giả của công trình này đã bắt chước kiểu uống nước của mèo làm ra một cái máy như cái pit tông đầu cùng là một cái đĩa thuỷ tinh, cho chạm vào mặt nước và kéo nhanh lên để kiểm tra điều kiện uống nước tối ưu. Đo đạc, tính toán cho thấy tốc độ mà mèo đã chọn để kéo lưỡi lên và số lần kéo trong một giây (tần số) đúng là chuẩn để mèo uống được nước nhiều nhất. Các nhà nghiên cứu cho rằng mèo lớn nhỏ khác nhau thì tốc độ uống nước cũng khác nhau, đưa ra được công thức tần số uống nước bằng trọng lượng cơ thể mèo, luỹ thừa trừ 1/6 và nhân cho 4,6. Các nhà nghiên cứu đã đi thực tế đến các vườn bách thú xin phép tiếp cận gần để quay phim tốc độ nhanh cách uống nước của nhiều con vật cùng loại với mèo như hổ, báo, sư tử v.v... Kết quả cho thấy các con vật này đều uống nước kiểu như mèo với tần số gần đúng như là tính theo công thức đã tìm được.

Các nhà nghiên cứu này còn đưa ra nhận xét là thiên nhiên ban tặng cho loài vật giống mèo cái lưỡi phù hợp với nhiều chức năng: phía trên lưỡi có nhiều lông nhỏ cứng ráp phù hợp với việc dùng để liếm sạch, chải lông cho mượt đồng thời hất được vào họng nhiều nước của cột nước dâng lên khi co lưỡi uống nước. Còn đầu lưỡi thì khá phẳng để tiếp xúc tốt với mặt nước làm cho nước theo lưỡi dâng lên được nhiều. Những nghiên cứu xuất phát một cách rất tình cờ khi quan sát mèo uống nước đã dẫn đến những kết quả những nhận xét, những công thức rất nghiêm túc và sẽ là cơ sở cho một đề tài chế tạo robot bằng vật liệu mềm đưa được chất lỏng lên cao.

Trong nghiên cứu, công bố quốc tế ở tạp chí Science luôn được đánh giá cao. Sau khi tạp chí Science công bố công trình của bốn tác giả này, báo chí truyền thông trong các tháng 10, 11, 12 rất nhiều bài viết và phim video về “Mèo uống nước như thế nào”. Độc giả muốn biết cụ thể hơn cách mèo uống nước nói ở trên có thể vào Google, đánh dòng chữ The Physics Behind How Cat Drink (Vật lý đằng sau cách mèo uống nước) sẽ xem được các đoạn phim ngắn để thấy rõ.

Võng mèo và mèo uống nước là hai chuyện thời sự khoa học mới nhất cần biết khi chuẩn bị đón năm mèo. Nhưng chung quanh con mèo còn có những chuyện đã tìm hiểu được từ lâu, cũng lý thú, nhân năm mèo xin nhắc lại.

3. Ria mèo, bộ cảm biến cực nhạy

Mèo bao giờ cũng có bộ ria rất nổi bật. Ria mọc theo chiều ngang, chân ria là một vùng hơi phồng lên trên mồm ở hai rìa ngoài phía dưới của mũi. Ria mèo rất dài và ba bốn lần to, cứng hơn lông mèo. Chân ria khá to, có vẻ như chôn sâu vào vùng rất nhạy cảm màu đỏ hồng có nhiều mạch máu và dây thần kinh (hình 3).

Tại sao mèo có bộ ria đặc biệt như vậy. Đó là vì ria mèo đảm nhận nhiều nhiệm vụ quan trọng cho đời sống của mèo. Trước hết ria mèo giúp cho mèo đi vòng để tránh va chạm. Mỗi sợi ria mèo là một cảm biến rất nhạy với sự đổi hướng của các luồng gió nhẹ. Thí dụ ban đêm mèo đi trong nhà rất nhẹ nhàng không va chạm với giường tủ bàn ghế trong phòng. Đó là vì không khí trong phòng luôn chuyển động, ở các nơi gần góc, cạnh của đồ vật làn gió nhẹ bị đổi hướng. Những rung động nhỏ ở mút ngoài của ria mèo truyền vào chân ria đến các dây thần kinh báo cho não mèo phán đoán hướng gió thay đổi để não nhận định mèo ở gần hay xa đối với góc cạnh của đồ vật. Như vậy mèo đi rất nhẹ nhàng trong đêm tối hoàn toàn không phải là mèo thấy được trong tối mà là nhờ tính nhạy cảm của ria mèo. ở Âu Mỹ khi nuôi những loại mèo lông dài lâu lâu phải cắt tỉa lông cho đẹp nhưng tuyệt đối không bao giờ được cắt tỉa ria mèo. Ria mèo còn làm nhiệm vụ quan trọng nữa là đo đạc. Về nguyên tắc bao giờ bề rộng của bộ ria mèo cũng bằng bề rộng của thân mèo. Vì vậy khi cần chui qua một cái lỗ, để kiểm tra có lọt qua được hay không, mèo dùng bộ ria để đo, đối chiếu, quyết định. Cần chú ý thêm rằng mèo không có xương đòn như người. Khi chui qua lỗ nhỏ, sau khi đã dùng ria ướm thử thấy có thể được thì mèo mới chui vào và khi chui nếu có gặp gì khó khăn mèo có thể uốn vặn thân thể, không bị ngáng bởi cái xương đòn như người. Bộ ria mèo đặc biệt có các chân ở khu vực nhiều thần kinh nhạy cảm nên mèo còn dùng ria để biểu lộ tình cảm. Lúc giận hoặc chuẩn bị đối phó với điều gì đó không hay, mèo hơi xuôi hàng ria ra phía sau. Trái lại khi mèo vui vẻ, hài lòng hàng ria có vẻ thư giãn, hơi hướng về đằng trước.

4. Mắt mèo

Người ta hay nói đôi mắt là cửa sổ của tâm hồn, đối với con mèo điều này không gì đúng hơn. Mắt mèo to, đẹp, thường có màu vàng hoặc xanh quyến rũ. Rất nhiều tâm trạng của mèo thể hiện ở đôi mắt. Nhưng cần chú ý là cấu tạo của mắt mèo có nhiều chỗ rất khác với mắt người (hình 4).

·Mắt người có hai mí: mí trên và mí dưới.Mắt mèo còn có thêm mí thứ ba. Đó là màng mỏng màu hơi trắng có thể che cả mắt mèo. Mí mắt thứ ba này có nhiệm vụ như là thanh gạt nước để lau sạch bụi, chất bẩn ở trên bề mặt mắt mèo và phân phối cho đều nước mắt trên giác mạc. Mí mắt thứ ba che phủ cả giác mạc khi mèo ngủ. Nhưng khi mèo ốm, mí mắt thứ ba này chỉ che phủ mắt một phần. Nhìn vào mí mắt thứ ba biết được mèo ốm hay mèo khoẻ.

·Con người có mống mắt và nhờ có cơ điều khiển mống mắt mở tròn to nhỏ, để lộ ra con ngươi.

Con mèo lại có hai cơ đóng mở mống mắt làm cho mèo lúc cần thì mống mắt mở ra hai bên thật to, ánh sáng vào mắt rất nhiều. Hạn chế ánh sáng vào hai cơ điều khiển để mống mắt khép lại thật nhỏ. Trưa hè nắng, thường thấy mắt mèo lim dim, giữa có đường như sợi chỉ. Mống mắt mèo có cấu tạo như trên nhằm phục vụ mèo nhìn thấy rõ lúc ánh sáng yếu. ở đây cần chú ý là khác với ở mắt người, đằng sau võng mạc mèo còn có thêm một lớp phản xạ gọi là tapetum. Đó là một màng có tính chất như cái gương. ánh sáng từ bên ngoài vào mắt qua các thấu kính mắt tạo nên ảnh ở võng mạc. ở đây có các tế bào hình nón, hình que để cảm nhận ánh sáng về cường độ (mạnh yếu) và về màu. ở mắt người sau võng mạc là hết, ánh sáng không còn đi đâu nữa. Nhưng ở mèo, võng mạc được chiếu sáng bởi ánh sáng từ ngoài tới nhưng còn được chiếu sáng thêm bằng ánh sáng phản xạ từ tapetum. Nếu đêm tối hoàn toàn, không có ánh sáng đến mắt, mèo cũng như người không thấy gì cả. Nhưng khi có ánh sáng yếu mèo có khả năng mở mống mắt ra thật to để ánh sáng vào mắt được nhiều đồng thời màng phản xạ ở sau võng mạc lại cho võng mạc thêm một ít ánh sáng nữa. Vì vậy dưới ánh sáng mờ mèo thấy rõ hơn người nhiều lần.

Cũng vì có khả năng mở to để ánh sáng vào nhiều nên mống mắt mèo cũng có khả năng khép thật kín lại để ánh sáng vào rất ít, nhìn lòng đen nhỏ lại như sợi chỉ. So với kích thước của thân hình mèo thì mắt mèo rất to. Tính gần đúng nếu tỷ lệ mắt người so với thân người cũng như là tỷ lệ ở mèo thì mắt người cũng phải tròn to đường kính đến 15cm.

Mắt mèo to, khi tối trời thì mở rộng, sau võng mạc còn có lớp phản chiếu cho nên ban đêm nếu có ánh sáng đèn dọi vào, ánh sáng phản xạ rất mạnh. Năm 1934 một người Anh lái xe ban đêm đường không có đèn đến khúc quanh nhờ có ánh sáng phản xạ từ đôi mắt con mèo hoang đứng bên đường mới biết là đường quanh kịp thời vòng tay lái. Từ đấy người Anh này đã sáng chế ra mắt mèo (cat’s eye) gồm có hai gương phản xạ nhỏ đặt trong cái nấm cao su chôn trên những đoạn đường cong mà không có đèn đường để đảm bảo an toàn giao thông (hình 5).

Sáng chế này đã được đăng ký sở hữu trí tuệ và về sau “mắt mèo” (cateye) một thương hiệu phổ biến trên thế giới đặc biệt là thời kỳ chiến tranh 1939-1945 lúc các nước châu Âu thường xuyên mất điện. Hiện nay “mắt mèo” loại cũ mà cấu tạo chính là gương phản xạ nhỏ, cũng như “mắt mèo” loại mới cấu tạo là đèn LED cũng được dùng phổ biến cho nhiều mục đích giao thông.

Mắt của loài mèo thường to, có màu vàng hay xanh, không thật tròn mà có hình ellip, đẹp và hấp dẫn. Vì vậy trong mỹ phẩm cho phụ nữ hiện nay có loại kính áp tròng có nhiều màu tuỳ chọn hình ellip, khi dán vào mắt có thể tạo ra màu mắt xanh hoặc vàng hoặc tím.Tên gọi tiếng Anh là Cat’s Eye Contact Lenses (hình 6).

5. Mèo xử lý tình huống khi rơi

Trong các sách vật lý phổ thông thường có hình ảnh giải thích cách mèo biết xử lý như thế nào để khi rơi từ cao xuống cuối cùng thì mèo tiếp đất bằng bốn chân, không bị thương. Đây cũng là cách theo dõi, phân tích một quá trình chuyển động bằng cách ghi hình theo từng khoảnh khắc.

Số là từ rất lâu, hàng trăm năm trước, người ta đã để ý là dù rơi ở độ cao, ở tư thế nào khi đến đất mèo cũng quay được 4 chân xuống, thân thể không bị va đập mạnh nên không bị thương. Chắc chắn là mèo biết nhanh chóng xoay mình một cách thích hợp nhưng cụ thể là thế nào thì chưa rõ. Thời trước chưa có máy quay phim chỉ có máy chụp ảnh. Giáo sư Jules Marey ở Pháp (College de France) vào năm 1890 đã chế tạo được một máy chụp ảnh, trước ống kính có một đĩa tròn có khe quay nhanh, bố trí sao cho ảnh của con mèo lọt qua khe trong một khoảnh khắc rất ngắn và hình ảnh con mèo chỉ hiện lên trên một dải hẹp của tấm kính ảnh. Tuy rơi nhanh, nhưng trong từng khoảnh khắc ngắn con mèo gần như không chuyển động, một dải của tấm kính ảnh ghi được rõ nét toàn bộ một tư thế của con mèo ở một khoảnh khắc. Trên cả tấm kính ảnh, có nhiều dải kế tiếp nhau, ghi được lần lượt các tư thế của mèo từ khi bắt đầu rơi đến lúc chạm đất (hình 7). Theo dõi các tư thế của mèo đã ghi được trên các dải của tấm kính ảnh có thể chứng minh (chứ không phải đoán mò) là mèo khi rơi biết rõ hướng mình rơi xuống, tìm cách để quay đầu và hai chân trước xuống nhưng theo quy tắc bảo toàn momen động lượng (ban đầu bằng không) mèo phải xoay hoặc co duỗi hai chân sau một cách thích hợp. Cứ vừa rơi vừa xoay vừa chỉnh như vậy lúc thì dang chân ra cho tăng sức cản không khí, lúc co chân lại theo tư thế để nhảy xuống đất ít đau. Mèo làm theo bản năng, nhưng phải luôn tuân thủ các định luật Niutơn, thí dụ như co chân lại thì momen quán tính quay giảm, tốc độ quay phải tăng lên, duỗi chân ra thì ngược lại v.v... Mèo còn biết quay cả đuôi hoặc cụp đuôi lại để đảm bảo cuối cùng thì 4 chân chạm đất nhẹ nhàng. Chỉ có chụp ảnh được mới chứng minh chặt chẽ được những lập luận trên. Cách thức chụp ảnh để nghiên cứu mèo rơi khởi đầu cho việc chụp ảnh theo từng khoảnh khắc để theo dõi quá trình. Người ta thấy dùng cách quay màn chắn một cách cơ học như nhà khoa học Pháp đã làm không thuận lợi, không chụp được những ảnh ứng với khoảnh khắc thật ngắn. Người ta cải tiến tạo ra nhiều chớp sáng kế tiếp một cách gần như liên tục để chụp ảnh quá trình động, thời gian của chớp sáng càng nhỏ bao nhiêu khoảnh khắc ứng với một ảnh chụp càng ngắn, theo dõi quá trình diễn biến nhanh càng được chi tiết. Hoá học femtô giây (giải Nobel Hoá 1999), kính hiển vi điện tử 4D (giới thiệu ở Scientific American 2010) đã đưa ra được các phương pháp theo dõi quá trình xảy ra cực nhanh trong nguyên tử phân tử với những ảnh chụp trong khoảnh khắc dưới femtô giây (1 femtô giây bằng 10 ^-15giây). Khi giải thích ý nghĩa của các công trình hiện đại này bao giờ người ta cũng phải đưa ra hình ảnh theo dõi con mèo rơi.

Chuyện mèo liên quan đến vật lý còn nhiều. Chúng ta tạm không nói đến con mèo Schrodinger ở cơ học lượng tử, một con mèo vừa sống vừa chết rất khó hiểu như môn học cơ lượng tử. Đưa con mèo Schrodinger vào câu chuyện đầu xuân rồi suy ngẫm có thể làm đau đầu mất vui. Đầu xuân nói chuyện lan man về mèo, có thể có người thắc mắc: tìm hiểu kỹ con vật đó để làm gì. Ngoài những vấn đề liên quan đến đời sống, sinh học của con mèo hiện nay có một xu thế rất mạnh là bắt chước sinh học hay phỏng sinh học (biomimics, bionics). Một trong những nội dung quan trọng của phỏng sinh học là tìm hiểu những khả năng đặc biệt ở động vật, thực vật, phân tích những đặc điểm mà thiên nhiên ban phú để rồi vận dụng phục vụ con người. Rất nhiều thứ rất tiện dụng chung quanh ta là kết quả của phỏng sinh học.

- Kính cửa sổ, gương soi không ướt, không mờ, tự làm sạch được là nhờ bắt chước cấu trúc bề mặt của lá sen.

- Băng dính y tế có nhiều sợi lông ngắn nhỏ, dán vào da dính chặt, bóc ra được dễ dàng là kết quả học tập bàn chân lông mịn như tơ của tắc kè.

- Thiết kế được những ngôi nhà cao nhưng tự làm mát là nhờ học tập cách xây dựng của tổ mối, ở dưới đất sâu nhưng luôn mát mẻ.

- Màu sắc rực rỡ, dễ thay đổi ở cánh bướm dẫn đến việc tìm hiểu và chế tạo vật liệu nanô quang học và cũng từ đó ra đời quang tử học (photonics) nghiên cứu chuyển động của photon trong cấu trúc quang học tuần hoàn thay cho nghiên cứu điện tử trong cấu trúc tinh thể tuần hoàn.

Nghiên cứu phát hiện được cách mèo uống nước cũng có thể dẫn đến những giải pháp mới cho khoa học kỹ thuật. Hiện nay đang có một dự án làm robôt bắt chước lưỡi mèo uống nước phục vụ cho trạm không gian quốc tế (International Space Station).

Thiên nhiên có rất nhiều điều đáng cho con người học tập.