問一聲蟋蟀，氣溫幾何？
晚上睡覺的時候，你喜歡聽蟋蟀叫嗎？有人覺得聽蟋蟀叫是一種享受，聽著聽著就睡著了；有人卻一聽這叫聲，就翻來覆去難以入眠。尤其在冬天的夜裡，萬籟俱寂的時候，假如這時突然有隻蟋蟀不邀自請闖進你家來避寒，那真是討厭死了，因為這個「街頭的小混混」並不安分，剛找著歇腳的地方，就迫不及待地發出響亮的叫聲向異性求歡（因為蟋蟀的叫聲多半是為了求偶），攪得你睡不著……
蟋蟀鳴叫報氣溫
但是你有沒有注意過，夏天當氣溫高的時候，蟋蟀就叫得急促，而到了冬天，它們的叫聲則緩和多了。對了，你知道嗎？蟋蟀的叫聲可以直接用來測量氣溫呢！
只有雄蟋蟀才會發出叫聲，而且是多半在夜裡。蟋蟀和其它昆蟲的「交談」或者「歌唱」可不像我們那樣是用嘴來進行的，它們是靠身體的某個特殊部位摩擦發出聲來的。這個特殊部位叫摩擦器，位於翅膀上。當蟋蟀要唱歌的時候，它就把翅膀稍稍抬起來，與地面呈45度角（就好比鋼琴為了增加音量，把蓋子支起來一樣），然後讓一隻翅膀的摩擦器快速滑過另一隻翅膀上的細紋，於是就「吱吱」叫開了。這正好比你用手指快速滑過梳子密密麻麻的齒，梳子也會發出尖細的調子一樣。
早在18世紀晚期，有人就注意到蟋蟀每秒發出的叫聲依賴於外界的氣溫。經過多年的測量，人們總結出下面這個簡單的公式：
其中，Tc是以攝氏度為單位的外界氣溫，N25是蟋蟀在25秒內叫的次數。
這個公式在12℃～38℃內與實際觀測很符合。超出這個範圍，蟋蟀恐怕就要因太冷或者太熱，而無法「一展歌喉」了。你想驗證一下這個關係嗎？那就不妨拿一支錄音筆，把同一隻蟋蟀在不同溫度下的叫聲錄下來，然後找一個播放軟體，數出它在25秒內叫的次數，代進上面那個公式，看看是不是就是當時的氣溫？
維持體溫最要緊
為什麼會有這樣一個關係呢？這是因為蟋蟀像所有的昆蟲一樣，是一種冷血動物，它們的體溫基本上與外界環境的溫度保持一致，這一點不像我們，能保持一個37度的恆定體溫。冷血動物的許多特徵，比方說蟋蟀每秒鐘叫的次數，螞蟻爬行的速度，螢火蟲每秒閃爍的次數，龜類心跳的頻率等等，都跟氣溫變化密切相關，而且這種變化遵從化學上一個以瑞典化學家阿列紐斯的名字命名的方程。
在化學上，阿列紐斯方程用來描述每秒化學反應次數與溫度的關係。我們知道，動物身上每一秒鐘都在發生著成千上萬次生物化學反應，當溫度升高，這些反應的次數就增多，反之亦然。昆蟲發聲所消耗的能量來自肌肉的收縮運動，而肌肉收縮所需的能量又來自體內某類生物化學反應。每一次生物化學反應都釋放出同等的能量，所以蟋蟀每秒叫的次數就近似地與每秒發生化學反應的次數成正比。
比方說，假如每秒叫1次所消耗的能量來自每秒1000次的生物化學反應，那麼每秒叫10次就需要每秒1萬次的生物化學反應。上面已經提到，每秒發生化學反應的次數與溫度的關係通過阿列紐斯方程聯繫起來，所以，我們也就把蟋蟀每秒叫的次數與氣溫聯繫了起來。
阿列紐斯方程本來是一個涉及指數的比較複雜的方程，但在像我們所說的這個例子中，倒是又可以簡化為一個線性的近似公式T=aN+b,其中a和b是待定的，我們可以從實際測量中得到。
你聽到窗外蟋蟀叫了嗎？趕快去測一測今天的氣溫吧。不過，不是帶上溫度計，而是帶上錄音筆！
TAG:大科技雜誌社 |