Đối với phần lớn các loài động vật có kích thước lớn, việc rơi tự do từ trên cao luôn đồng nghĩa với thảm kịch. Tuy nhiên, một quy luật vật lý ít ai để ý là cơ thể rơi tự do không hề tăng tốc vô hạn.
Ban đầu, trọng lực kéo vật thể xuống khiến tốc độ tăng dần, nhưng tốc độ càng cao thì lực cản của không khí sinh ra càng lớn. Khi hai lực này đạt trạng thái cân bằng, vật thể sẽ dừng tăng tốc và duy trì một tốc độ ổn định được gọi là vận tốc giới hạn.
Dữ liệu nghiên cứu chỉ ra rằng một người nhảy dù nặng 85 kg khi dang rộng tứ chi sẽ đạt vận tốc giới hạn lên tới 44 m/s, tương đương 158 km/h. Nếu không bung dù, cú va chạm với mặt đất ở vận tốc này sẽ gây tử vong ngay lập tức.
Thế nhưng, thế giới tự nhiên ở quy mô tí hon của loài kiến lại vận hành theo một kịch bản hoàn toàn trái ngược. Kết quả từ một nghiên cứu tiến hành trên 49 hệ sinh thái cho thấy khối lượng trung bình của kiến thợ chỉ nằm trong khoảng 0,06 mg đến 2,34 mg. Với trọng lượng gần như bằng không, lực hút của Trái Đất tác động lên cơ thể kiến là vô cùng nhỏ bé.
Ngược lại, diện tích tiếp xúc với không khí của chúng so với trọng lượng cơ thể lại tương đối đáng kể. Hệ quả là chỉ cần một lực cản không khí rất nhỏ cũng đủ để triệt tiêu hoàn toàn trọng lực, khiến vận tốc giới hạn của kiến đạt mức cực kỳ thấp.
Dưới lăng kính của con người, chúng ta nhìn thấy một sinh vật đang rơi. Nhưng ở chiều kích của loài kiến, dòng không khí bên dưới lại đóng vai trò như một tấm đệm nâng đỡ, khiến cú rơi chỉ giống như một màn lơ lửng trôi dạt.
Chính vì thế, dù rơi từ mặt bàn hay bị ném từ độ cao 7 - 8 mét, kết quả đối với kiến vẫn không có sự khác biệt rõ rệt. Đáng kinh ngạc hơn, một số loài kiến còn sở hữu khả năng điều chỉnh tư thế giữa không trung để lượn chính xác về vị trí mong muốn.
Hiện tượng này bắt nguồn sâu xa từ định luật bình phương - lập phương được nhà khoa học Galileo công bố từ năm 1638. Định luật này chỉ rõ: khi một vật thể được phóng đại kích thước theo tỷ lệ nhất định, diện tích bề mặt sẽ tăng theo hàm bình phương trong khi thể tích lại tăng vọt theo hàm lập phương. Chẳng hạn, khi kích thước cạnh tăng 5 lần, diện tích bề mặt tăng 25 lần nhưng thể tích lại tăng tới 125 lần.
Áp dụng quy tắc này vào thế giới sinh vật, một con gián dài 3 cm nếu bị phóng đại lên kích thước 1,8 mét thì thể tích sẽ phình to gấp 216.000 lần. Với mức tăng khủng khiếp ấy, đôi chân mảnh khảnh không thể nào gánh vác nổi sức nặng và cơ thể nó sẽ lập tức sụp đổ thành một đống mô nát vụn.
Ở chiều ngược lại, khi cơ thể thu nhỏ 1.000 lần, diện tích đón gió chỉ giảm đi 100 lần. Điều này khiến cho tác động của lực cản không khí đối với sinh vật nhỏ bé trở nên vượt trội hơn rất nhiều so với trọng lực. Đây chính là lời giải thích xác đáng cho việc tại sao nhiều loài côn trùng chỉ cần đôi cánh bé nhỏ vẫn có thể bay lượn dễ dàng, hay hạt bồ công anh có thể bay lơ lửng rất lâu trong không trung.
Bên cạnh yếu tố khí động học, loài kiến còn sở hữu lớp bảo vệ cơ học vững chắc. Khác với cấu trúc cơ thể da bọc thịt, thịt bọc xương của con người, kiến là động vật chân khớp với bộ xương ngoài bao bọc toàn thân. Cấu trúc này hoạt động như một bộ khung chịu lực hoàn hảo, giúp kiến bảo toàn cơ thể nguyên vẹn khi tiếp đất và nâng được các vật thể nặng gấp nhiều lần trọng lượng bản thân.
Dẫu vậy, năng lực này chỉ tồn tại ở kích thước vi mô. Nếu một con kiến bị biến thành khổng lồ như trong các bộ phim viễn tưởng Ant-Man của hãng Marvel, nó sẽ tự bị đè bẹp bởi chính khối lượng của mình trước khi kịp nâng bất kỳ thanh sắt hay cuộn thép nào.
Rõ ràng, yếu tố quyết định ranh giới sinh tử trong các vụ rơi tự do không nằm ở việc sinh vật đó có lớp giáp bất hoại hay không, mà phụ thuộc hoàn toàn vào quy mô kích thước.
Trong mắt con người, không khí là thứ vô hình và nước rất mềm mại, nhưng với loài kiến, sức căng bề mặt của một giọt nước có thể giam cầm chúng như một khối keo khổng lồ, còn một luồng hơi thở nhẹ cũng đủ tạo thành cơn bão cấp tám.
"Siêu năng lực" sống sót của loài kiến sau những cú rơi kinh hoàng vì thế không hề kỳ bí, mà là minh chứng rõ nét cho sự kỳ diệu của các định luật vật lý khi quy mô kích thước được thu nhỏ đến cực hạn.
Đức Khương
