彼らはどんな狭い場所にも敢えて入り込みます。猫は本当に液体なのでしょうか？

リヴァイアサンプレス:

猫を飼っている人は猫の柔軟性をよく知っていますが、それは特に画家歌川国芳の作品に鮮やかに反映されています。

猫がさまざまな容器に収まるように体の形を変えたり調整したりする能力は、私たち人間を本当に恥ずかしくさせます。タコは狭い隙間や穴を簡単に通り抜けることができますが、結局のところ、タコは無脊椎動物です。では、脊椎動物である猫はどうやってこれを行うのでしょうか?

約15年前の元旦、私たちは何時間もかけて猫を探しました。かわいそうな動物たちは花火にとても驚いて隠れてしまいました。私たちはそれが好む場所をすべて探しましたが、見つけることができませんでした。まるで猫が突然どこからともなく消えてしまったかのようでした。しかしある時、暖炉の下の細長い隙間から、黒くて毛むくじゃらの塊が這い出ているのを見て、私たちは驚きました。

結局、我が家の猫ティグルーは、まったく収容不可能と思われる場所に隠れていたことが判明しました。多くの人が同様の経験をしています。近年、「猫は液体だ」というミームがインターネット上で広まり、大きな注目を集めています。パリ・ヴィル大学とフランス国立科学研究センターの物理学者、マルク・アントワーヌ・ファルダン氏も、このミームに魅了された人の一人だ。

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「もちろん研究目的で、オンラインで時間を過ごすこともある」と彼は2019年のTEDxトークで語った。 2014年の春、ファーダン氏は通常の仕事から逃れるために、科学的な観点から猫の体液行動を研究し始めました。[1] 「この先延ばしは実はある種の成功につながった」と彼は演説の中で説明した。 「この功績により、私はイグ・ノーベル物理学賞を受賞しました。これは『まず笑って、後で考える』という賞です。」

Liquidとは何ですか?

固体や液体などの物質の状態は、さまざまな観点から理解することができます。たとえば、固体の分子は密に詰まって所定の位置に固定されているのに対し、液体の分子は互いに自由に動き回れるということを学校で習ったかもしれません。

しかし、ファーダンの研究は流体力学、つまりレオロジーという科学に基づいています。この分野では、一定の体積と一定の形状を持つ物体は固体とみなされます。対照的に、液体の物質は体積を維持しますが、形状は変化する可能性があります。猫は後者の基準に当てはまります。つまり、体積は一定であるにもかかわらず、体を曲げて段ボール箱やシンクなどの容器に収まるのです。これは猫を液体として分類する必要があることを意味しますか?

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この質問に答えるのは簡単ではありません。 「十分に待てば、最終的にすべては流れるようになる。それがレオロジーのモットーだ」とファーダン氏はTEDxトークで語った。たとえば、傾斜した路面上の固いアスファルトは非常にゆっくりと流れますが、これは数十年後に観察することができます。十分な圧力が加わると固体も変形する可能性があります。一方、液体も固体の特性を示すことがあります。たとえば、ケチャップはボトルを数回振った後にのみ流れ出ます。

したがって、液体の以前の定義は完全に正確ではありませんでした。何が液体であるかは、明らかに、どれだけ長くそれを見ているかによって決まります。そのため、レオロジストは、物体の流動性を示すためにデボラ数と呼ばれる値を使用します。原則として、デボラ数が小さいほど、物質は液体に近くなります。

デボラ数は、観測時間 (T) だけでなく、いわゆる緩和時間 (τ)、つまり液体がその形状に適応するのにかかる時間にも依存します。

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コップに水を注ぐと、すぐに水がコップに満たされるので、リラックスできる時間は非常に短くなります。蜂蜜のような濃い液体の場合は、さらに長く待つ必要があります。緩和時間と観測時間の比 τ/T を組み合わせることで、デボラ数が得られます。デボラ数が 1 未満の場合、その物質は液体であるとみなされます。デボラ数が1以上の場合は実体であるとみなされる。[2]観察時間が長くなるほど、デボラ数は小さくなり、物質はより流動的に見えるようになります。

私たちにとって、山は間違いなく堅固なものです。それらの流れの挙動は、人間の生涯の時間枠内では観察できません。しかし、数百万年の時間スケールで見ると、これは変化します。実際、デボラの数字は、旧約聖書の「デボラの歌」として知られる一節からその名前が付けられています。 「山々は主の御前に溶けた」と聖書には書かれています。デボラは、猫が液体として分類できるかどうか、あるいは液体の定義が何であるかは、猫をどれだけ長く観察するかによって決まることを思い出させてくれます。

猫と液体の共通点それでも、レオロジー研究を行うことは可能であり、これにより猫の液体特性の多くが明らかになります。

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猫のデボラ数を計算するには、まず猫のリラックス時間を決定する必要があります。これは、動物の品種や年齢、その他の要因によって異なります。たとえば、子猫は体を動かすことが多いため、落ち着いて周囲の形状に体を調整するのに数時間かかるため、リラックスする時間が長くなることがあります。

ファーダン氏は講義の中で、容器や環境の形状も重要であると指摘した。たとえば、猫は獣医のところへ向かう途中の輸送用ケージにいるよりも、飼い主の膝の上の方が早くリラックスできるかもしれません。この違いは、猫が液体であるというアイデンティティを否定するものではありません。多くの一般的な液体の緩和時間も環境によって異なります。水はテフロンなどの疎水性表面では液滴を形成しますが、他の表面では容易に広がります。

2014年にレオロジー速報誌に掲載された研究で、ファーダン氏は若い成猫のリラックス時間は約1秒から1分の間であると提唱しました。この推定値を使用してデボラ数を計算することができます。猫が 5 秒で小さな段ボール箱に押し込まれ、1 分間観察されると仮定すると、デボラ数は De=0.0833 になります。この値は 1 よりも大幅に小さく、猫が明らかに流動的な行動を示していることを示しています。

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ファーダン氏が論文で指摘しているように、猫は液体と他の特性を共有している。たとえば、降伏応力があり、一定の最小の力が加えられた後にのみ容器から「流れ出る」ことを意味します。これはペットボトルに入ったケチャップに似ており、ケチャップを出すにはボトルを絞る必要があります。

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さらに、猫は液体と同じように、入った容器の形状に合わせて体を適応させ、容器を完全に満たします。猫が特定の液体に対して持つもう一つの特性は表面張力が高いことです。これは特に、猫が小さな容器に液体を出し入れするときに顕著になります。ファーダン氏は、猫が乱流を生成できるかどうかなど、猫のその他の流れの特性にも興味を持っています。しかし彼は論文の中で、猫は細菌や鳥の群れ、魚の群れのように「独自のダイナミクスを持つ」生物学的に活性な物質のカテゴリーに分類されるため、この方法で評価するのは難しいと指摘している。

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「要約すると、今後も多くの研究が残されているが、猫はレオロジー研究にとって優れたモデルシステムであることが証明されている」とファーダン氏は書いている。生物学はまた別の視点も提供します。生命科学の観点から見ると、猫は鎖骨が柔軟（そして時には欠損）であるため、人間などの他の生物よりも流動的です。頭が開口部を通れるようになれば、体の残りの部分も簡単に通り抜けることができます。まさにこれが、ティグルーが私たちの暖炉の下の狭い隙間に「流れ込む」ことができた方法です。

参考文献:

マノン・ビショフ

翻訳者：tim

校正/タミヤ2

オリジナル記事/www.scientificamerican.com/article/are-cats-actually-liquid/

この記事はクリエイティブ・コモンズ・ライセンス（BY-NC）に基づいており、timによってLeviathanに掲載されています。

この記事は著者の見解を反映したものであり、必ずしもリヴァイアサンの立場を代表するものではありません。