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[原创]人的头发为什么有旋?丨混乱博物馆

混乱博物馆  · 公众号  · 2018-10-25 21:02

头发上为什么有旋?——这个从小就伴随我们的问题竟然一直没有妥善的回答,生活中的秘密真是太多了。

在本期节目中,我们将涉及这个问题的三种不同的解释,其中两个是明显的错误回答,同时也是骗取了无数信任的回答。


-文字稿-

这是一个经典又充满误解的问题:人的头发为什么都有旋?

“因为地球自转”无疑是最不着边际的那个:一个表面正在转动,另一个物体依靠惯性匀速直线经过,在这个表面上留下的轨迹显然不是直线;所以如果以这个转动的表面为参考系,我们就会觉得那个物体被一股来源不明的力扭转了方向——这个来源不明的侧向力就是科里奥利力。

而地球表面正是这样一个转动的表面,所以南北半球的运动物体也都会受到科里奥利力,特称“地转偏向力”。北半球向右,南半球向左,我们初中就知道它使大气环流出现了东西走向的信风与季风,使热带洋面上的低气压发展为台风,使江河两岸的侵蚀和堆积速度不同——但要影响头发旋那就是妄言了:地转偏向力在小尺度上极端微弱,即便高速公路上的汽车受到的地转偏向力也不会超过2级微风,刚够缭绕炊烟,绝不可能把头皮搓歪;更重要的是头发不是运动物体,不会在头皮上爬,也就根本不会受到地转偏向力。

“毛球定理”是另一个广为传播的回答,这是一个拓扑学的定理,它证明了二维球面上连续的切向量场必有0点,形象化一点,就是如果一个球面的每一个点上都长了毛,那么无论怎么梳理,总有某处的毛汇聚成锥或者辐射成坑——具体的,比如地球就是一个拓扑球面,大气的流速和流向就是一个切向量场,那么地球上任意时刻总有某处完全无风,台风眼就是这样一个例子。

所以人头乃至人体也可以视为一个球面,人类体表的毛发也将服从毛球定理,头发旋就是那个0点——同理不只人类,哺乳动物的毛发都普遍地存在漩,像极了大气和海洋中随处可见的漩涡,那都是向量场的0点。

但可惜,这个精彩的解释也错得一塌糊涂:首先人类体表在拓扑上并不等效于球面——最简单的情形是观察到前后贯穿的消化道,我们的体表更接近一个圆环面,而圆环面上的毛发就可以很好地抚平,复杂一些的情形也应该发现九窍的洞口都可以代替发旋成为0点;其次头发没有覆盖整个脑袋,本来就不是一个连续的切向量场,也就不必有0点;即便退一步讲,认定头发的分布必须有0点,0点的表现方式也多得很,没有理由全部表现为漩涡——黑猩猩与人类关系密切却没有头发旋,关系更近的倭黑猩猩也只是长着中分而已。

更重要的是,头发上的漩涡在人类出生之前,胚胎发育的5个月时就已经完全清晰地呈现出来:遍布全身的胎毛会在生长顶点,尤其是颅顶和大关节处排列出清晰的漩涡,某些漩涡保存至成年就是头发旋——可见头发旋不是外力的产物,而要追溯到胚胎发育中去。

对此,目前一种可能的解释是在胚胎发育阶段,皮肤的扩张非常迅速,毛囊在真皮中形成后,也会随着生长彼此疏远,那么新的毛囊就必须及时地填补这些空隙,以保持均匀地间距,既不浪费空间也不争夺营养——这样规则的生长遇到不断的拉扯扩张,就会形成某些明显的纹理图案。

而在头顶和大关节顶点,皮肤的扩张将形成一个或几个明显的中心,那么正如在往期节目里谈论过的,从一个中心向外扩张同时最大限度地利用空间,就是让这些单元排列成黄金螺线:因为黄金比例最难用有理数逼近,也就最少在数个生长周期后拥挤逼近。但皮肤的扩张在局部只有一个方向,毛发因此形成了漩涡——考虑到人类是灵长目中头颅生长最快的物种,这也解释了为何黑猩猩们没有发旋。

但是另一方面,头发的旋转方向并不随机,而受到基因的强烈影响,与人体的本身的左右轴向关系密切:95%的右利手都是顺时针发旋,而左利手或者两开弓就顺时针逆时针各一半。在一些更加有限的研究中,这个性状又进一步地与性取向和精神分裂倾向等心理属性相关联——这就另发旋的形成与更加基础的发育学联系了起来,但高等动物的左右决定机制仍是一个未能充分理解的艰深问题,所以头发旋这样冷僻的问题也未能有最彻底的解答。

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