Bị vợ hỏi hơi khó: Tại sao bàn tay con người có 5 ngón, chứ không phải 4 hoặc 6?

Đã từng có đứa trẻ nào đó hỏi bạn rằng: Tại sao mỗi bàn tay của con người lại có 5 ngón? Quá khó để trả lời phải không? Hóa ra đáp án đơn giản là: Chúng ta không thể chia ra một bên 4 một bên 6 được. Bởi khi đó cơ thể không cân bằng, và ai cũng sẽ vẹo cột sống.

Một câu hỏi vui vẻ, mà đáp án của nó cũng vui vẻ. Thế nhưng, có một nhà khoa học không thích đùa. Anh ta muốn hơn thua với tất cả những đứa trẻ. Mark Changizi, nhà lý thuyết thần kinh, tác giả khoa học và là người phát triển thành công những chiếc kính cho người mù màu. Changizi phải giải thích cho bạn bằng được: Tại sao bàn tay người thì phải có chính xác 5 ngón?

Tại sao bàn tay con người có 5 ngón, chứ không phải 4 hoặc 6?

Nếu có sinh vật ngoài hành tinh, thì nó phải có mấy chân?

Trước khi đến với câu hỏi “Tại sao bàn tay con người có 5 ngón?”, Changizi cũng đã bị ám ảnh bởi những câu hỏi khác. Đại loại như: Tại sao một con nhện có 8 chân, người có 4 chi? Tại sao chúng ta không bao giờ thấy động vật tự nhiên có 3 chân và nếu có sinh vật ngoài hành tinh thật, thì nó phải có mấy cái tua?

Changizi đã phát triển hẳn một định luật với công thức toán học rất đơn giản để trả lời câu hỏi đó. Được gọi là Định luật về chi (Limb Law), anh có thể dùng nó để giải thích số lượng chi của một sinh vật, từ côn trùng cho tới thú, thậm chí là người ngoài hành tinh. Nó là một công thức toán học với hai biến số đưa vào gồm độ dài các chi và bán kính cơ thể. Định luật về chi được trình bày như sau:

Gọi L là chiều dài của chi, R là bán kính của cơ thể sinh vật. Ta tính ra một chiều dài chân tay tương đối hay còn gọi là tỷ lệ chi: k= L/(L R). Sau đó, số lượng các chi N sẽ được tính bằng công thức:

N ≈ 2π / k ≈ 6.28 k^-1.

Thử Định luật về chi này với một vài trường hợp đặc biệt. Ví dụ con rắn có độ dài chi bằng 0. Tỷ lệ chi k=0 và do đó, N = vô hạn. Như vậy, một con rắn được tính rằng có vô số chi nhưng độ dài chi bằng không.

Một con Tripod trong Đại chiến thế giới, lẽ ra nó phải có 6 chân mới "chuẩn"

Thêm một ví dụ thú vị khác, trong bộ phim Đại chiến thế giới (War of the Worlds, 2005), bạn có thể nhìn thấy trên khung hình những con robot Tripod, mô phỏng lại một dạng sinh vật ngoài hành tinh.

Nhưng đúng như cái tên của nó, Tripod trông như một cái chân máy ảnh hoặc một con bạch tuộc yếu đuối với chỉ 3 chân. Nếu áp công thức của định luật Chi vào trường hợp này, kết quả nó lẽ ra phải có 6 chân. Và bạn cứ tưởng tượng mà xem, con robot ngoài hành tinh này hẳn sẽ vững trãi hơn trên khung hình nếu nó có đầy đủ 6 chân thật.

Không chỉ dừng lại ở đó, hơn 190 loài sinh vật đã được Changizi thử nghiệm với công thức, và nó thể hiện một sự trùng hợp khá tuyệt vời trong kết quả. Đường nét liền trong đồ thị này là công thức giản thể, N ≈ 2π / k ≈ 6.28 k^-1. Đường nét đứt là một công thức tinh chỉnh sát hơn: N ≈ 2π / k ≈ 6.24 k^-1,17. Các chấm càng gần đường thẳng, dự đoán càng chính xác.

Công thức của Changizi được thử nghiệm trên 190 sinh vật, kết quả khá chính xác

Tại sao bàn tay người phải có 5 ngón?

Bây giờ, chúng ta thử sử dụng Định luật về chi để giải thích tại sao một bàn tay có 5 ngón. Bàn tay được sinh ra để cầm nắm, và với chức năng ấy, một bàn tay phải “đóng” được. Điều đó có nghĩa là bạn phải nắm tay và che lòng bàn tay lại được một cách tối ưu. Và để tối ưu thì không gì khác, ngón tay phải dài tương đương lòng bàn tay, ngang ngửa với đường kính của nó.

Chúng ta ước chừng được quan hệ đầu tiên L = 2R, nghĩa là k=2/3. Sau đó, áp dụng công thức của Định luật về chi: N ≈ 2π / k, ta tính ra được N ≈ 9,42.

Điều gì đã sai ở đây? Không có gì cả. Chúng ta quên mất một điều rằng bàn tay không phải một sinh vật riêng biệt có thể chạy nhảy ở dưới đất. Nó được gắn vào cánh tay của chúng ta. Và bởi vậy, Changizi hi vọng rằng anh có thể phát triển công thức của mình bằng cách chia tử số cho 2, trong trường hợp tính số bộ phận nhô ra từ một chi của sinh vật.

Nếu thế thì, một bàn tay người sẽ có 9,42 / 2 = 4,71 ngón, cũng tương đối chuẩn. Còn trong trường hợp bạn vẫn muốn có một bàn tay biết chạy nhảy ở dưới đất? Cứ tưởng tượng mà xem, nó dĩ nhiên nên có 9,42 thay vì 4,71 ngón.

Chúng ta không cần thêm một ngón út hay một ngón cái để thực hiện bất cứ nhiệm vụ gì

Bỏ qua những công thức vui vẻ này, Changizi vẫn có thể giải thích một cách định tính hơn. Rằng con người cần có đủ ngón tay nhưng không quá nhiều. Đủ để cho chúng ta thực hiện được các nhiệm vụ, từ thao tác cầm nắm thời cổ đại, cho đến nhiều cử chỉ phức tạp, khéo léo như giật nắp lon bia hay trượt mở khóa Iphone chẳng hạn.

Bạn hãy cứ thử xây dựng một mô hình ngón tay thừa hoặc thiếu, rồi sẽ nhận ra 5 ngón là thuận tiện nhất cho chúng ta sinh tồn. Dĩ nhiên là xét trong các điều kiện tự nhiên cổ đại, chứ lon bia và iphone chỉ là những ví dụ hài hước, như câu chuyện con gà và quả trứng.

Thực tế, một số trẻ em sinh ra với một ngón tay thứ 6, nhưng đa phần các bác sĩ sẽ cắt bỏ chúng bởi nhiệm vụ của ngón tay thừa là chẳng làm gì cả. Các nhà khoa học khá đồng tình rằng 10 là một con số tự nhiên thuyết phục được họ. Nhiều hơn 10 ngón tay là không cần thiết.

Chúng ta không cần 6 ngón để cầm nắm một đối tượng, cũng không cần thêm một ngón út hay thậm chí một ngón cái ở đối diện để thực hiện bất cứ nhiệm vụ gì.

Sẽ ra sao nếu chúng ta có 3 ngón tay như robot?

Ở chiều ngược lại, một số nhà khoa học nói rằng các robot và chi giả sẽ hoạt động hiệu quả hơn, nếu số ngón tay của chúng được cắt giảm. Chẳng hạn như mô hình 3 hoặc 4 ngón ở nhiều robot công nghiệp hiện nay. Điều đó tiếp tục đặt ra câu hỏi: Con người có thể sinh ra với ít hơn 5 ngón tay được hay không?

Cõ lẽ câu trả lời là không, bạn hãy cứ nhìn những người không may bị khuyết tật thì biết. Có một điều kì diệu nào đó ở con số 5, khiến cho việc ít ngón hơn, chẳng hạn như 3 đến 4 ngón, gây ra nhiều khó khăn trong việc đáp ứng bộ thao tác phức tạp của con người.

Chẳng hạn như một cánh tay robot 3 ngón, nó sẽ dùng đũa như thế nào? Diện tích tiếp xúc là một yếu tố quan trọng quyết định số ngón có nên được cắt giảm hay không. Với những robot công nghiệp mà nhiệm vụ chỉ dừng lại ở thao tác đơn giản, 4 ngón hoặc ít hơn có lẽ sẽ là tối ưu.

Tóm lại, chúng ta phải cảm ơn Changizi vì sự ngoan cố của anh. Dẫu sao, những câu trả lời đã phần nào thỏa mãn được trí tò mò của chúng ta. Con người không nên có các chi với 6 hoặc nhiều hơn các ngón. Ít ngón hơn cũng khiến tập hợp các thao tác chúng ta thực hiện được bị giảm sút.

Một nguyên nhân nữa mà bạn biết rồi đấy, khi chúng ta nói “high-five” với nhau, thì nó vẫn vần hơn là “high-four” hay “high-six”.

Tổng hợp