【中国观察北京时间2026年05月07日讯】海豚以在水中游得又快又灵活而闻名，但究竟是什么让它们能如此高效地游泳呢？多年来，科学家一直在研究这个问题，希望能从这些优雅的生物身上学习如何优化流体中的推进方式。
当海豚游泳时，它会上下摆动尾鳍，做出类似踢水的动作。这种动作会把水向后推，进而在产生一股湍流（turbulent flow，又称紊流），其中充满各大小不一的旋涡。直到现在，人们一直难以厘清这些复杂的流体运动究竟是如何协同作用，推动海豚向前游动的。
超级电脑揭示隐藏的水流模式在3月10日发表于《物理评论‧流体》（Physical Review Fluids）期刊的一篇论文中，来自大阪大学（University of Osaka）的研究人员揭示了答案中的关键部分：由海豚尾部运动所产生的巨大且强劲的涡旋（vortices）。研究团队利用大规模数值模拟，视觉化了这些涡旋在各种条件下的动态过程，并量化了它们对推进力的影响。
“我们的目标是了解湍流中的哪些部分能帮助海豚游得如此之快。”第一作者本告游太郎（Yutaro Motoori）表示，“透过超级电脑，我们可以模拟并分解该水流，借此判断哪些成分起到了主导作用。”
数值模拟（点击这里观看）显示，海豚摆动的尾鳍会产生强烈的大尺度涡环（vortex rings），这些涡环将水向后推动，进而产生推力。接着，这些大型涡环会透过一种称为“能量级联”（energy cascade）的过程，产生更小的涡环。虽然这些较小的涡环数量众多，但它们对海豚向前运动的贡献其实非常有限。
“我们的研究结果表明，湍流中涡旋的层级结构，对理解海豚游泳机制至关重要”，资深作者后藤晋（Susumu Goto）解释道，“最大的涡旋负责大部分的推进力，而较小的涡旋主要只是湍流的副产物。”
从海豚物理学到新技术研究团队的方法使他们能够细致观察流体运动，而在现实世界的实验中，这些细节几乎是不可能捕捉到的。此外，由于使用了灵活的计算方法，在不同条件下进行多次模拟试验也变得相当容易。
“我们发现，即便在各种不同的游泳速度下，我们的研究结果都保持一致。”本告表示。
在未来，对这种推进机制的理解，可能有助于指导速度更快、能源效率更高的水下机器人设计，以及开发湍流控制（Turbulence Control）的相关技术。不过就目前这项研究已经证明：物理学确实是一门能够“激起水花”（make a splash，取得亮眼成就）的精彩学科。