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在罗尔德 ・ 达尔(Roald Dahl)的童话名作《美意眼儿巨人》(The BFG by Roald Dahl)中,一个 24 英尺(1 英尺≈ 0. 3 米) 高的巨人受英国女王约请,一起享用英式早餐。

影戏《圆梦巨人》,凭证罗尔德・达尔的同名小说改编

宫廷里没有合适巨人使用的餐具,但内廷总管是个很伶俐的人,很快做 出了盘算 :一个六英尺的通俗人要坐在高三英尺,宽一英尺, 长两英尺的桌子前,吃两个煎鸡蛋。

那么,一个高度是通俗人四倍的巨人,就需要高十二英尺,宽四英尺,长八英尺的 桌子,吃八个煎鸡蛋,总之,一切都应该乘以四。于是总管指挥佣人们,用大座钟和乒乓球桌搭了一张临 时的桌子,巨人很知足这个座位,但问题是,八个鸡蛋只够他吃一小口。巨人的桌子是一样平常桌子高度的四倍,但桌子的巨细并不 是一样平常桌子的四倍。

当我们说一张桌子桌面“宽一英尺,长 两英尺”时,我们讨论的是二维的器械――面积 :

通俗人的桌子 :1×2 = 2(平方英尺)

巨人的桌子 :4×8 = 32(平方英尺)

也就是说,巨人桌面的巨细是一样平常桌子的 16 倍。至于桌子的重量,要先知道桌子的体积才气盘算,这是 一个三维(立体)的问题,我不太清晰大座钟搭成的桌子是 什么形状,以是我假设两张桌子都是最简朴的长方体 :

通俗人的桌子 :3×1×2 = 6(立方英尺)

巨人的桌子 :12×4×8 = 384(立方英尺)

巨人的桌子体积是一样平常桌子的 64 倍,以是,重量也应该 是一样平常桌子的 64 倍。若是把长度放大成原来的 4 倍,那么,面积会是原来的 16 倍,体积和重量则是原来的 64 倍,桌子云云,巨人先生本人云云,鸡蛋亦是云云。转头思量鸡蛋的问题,我们体贴的是它的重量,对巨人来说够吃一顿的鸡蛋,应是通俗鸡蛋重量的 64 倍――我们没有那么大的鸡蛋,但可以用数目来填补:2×64=128(个)

在故事里,巨人吃掉第 72 个鸡蛋时,皇家厨师来报,厨房的存货空了――对于高度是通俗人 4 倍的巨人来说,这实在算不了若干。

若是你要把一个器械变大,一维(高度)上的增添赶不上二维(面积)的增添,二维的增添又赶不上三维(体积和重量) 的增添,这是我们这个天下的规则,它决议了许许多多动物天下里的问题。

大象一定要有大象腿

面临大象和恐龙,我们会慨叹人类何等细微,但现实上, 我们人类在动物天下里,是异常重大的物种。兽类中最兴旺的家族是鼠辈(啮齿目),其次是蝙蝠,已知的物种中昆虫跨越一半。这是一个属于小器械的天下,我们是遗世自力的巨人。

我们习惯了巨人的天下,对于许多仅泛起在巨人天下的特殊问题也不再体贴,好比,人腿为什么这么粗?骨头的强度取决于粗细,越粗壮自然也就越结实,而决议粗细的尺度是横截面积,而动物体重的增添,是三维的问题。若是真有身高是凡人四倍的巨人,他的体重将是凡人的 64 倍, 骨头的粗细却仅仅是 16 倍――他即是是站在洋火棍上。

大象 图源:百度百科

结论是,动物若想长大,支持体重的腿就必须分外加粗, 否则就会被自重压垮。

昆虫的腿可以像毛发一样细,而庞然大物――不管是大象、犀牛照样恐龙,腿一定是又粗又壮,骨头也更粗大。

纵然大象的骨头云云粗,它照样处在岌岌可危的状态。大到这个水平,体重自己就成了一枚准时炸弹,随便绊一下,摔一下,都可能造成严重的危险。

浓缩的才是精髓

大象可以用鼻子举起 250 千克重的木头,思量到它体型伟大,这个重量只相当于一小我私人抱起一只猫。

小生物的速率和气力令人惊讶。蚂蚁可以搬起相当于体重 50 倍的器械,若是按相对身体的长度来算,奔跑速率最快的动物,是虎甲科(Cicindelidae)的甲虫。

若是和人一样大, 它的奔跑速率会跨越 300 千米 / 小时。肌肉的强壮度和骨骼一样,是由肌纤维的粗细决议的。若是体重变大,肌肉变粗壮的速率会跟不上体重,看来巨人不仅懦弱,气力也不大。

若是把人缩小到原来身高的 1/4,情形就会完全差异。气力减小的速率,比体重减轻慢得多。缩小后他的体重仅剩原来的 1/64,肌肉的粗细却是原来的 1/16,他的气力也是原来的 1/16。假设这小我私人体重是 64 千克,能搬动相当于体重一半的器械,也就是 32 千克,现在他体重 1 千克,能搬动 2 千克―― 相当于体重两倍的器械。

蚂蚁会让人以为力大无比,是由于它的相对气力。蚂蚁举起的器械是自身体重好几倍,然而,若是把人缩小到和蚂蚁一样,气力也不会比蚂蚁弱。

在气力方面,体型似乎越小越壮大。已知所有动物中气力最大的是一种螨虫(学名 Archegozetes longisetosus),能拖动相当于自身体重 1180 倍的重物,它的体长连 1 毫米都不到。

“九命猫与不死鼠”

传说中说猫有九命。凭证兽医诊所纪录,猫从高空坠落伍的殒命率也许是 10%。一样平常对此的注释是,猫比人天真,可以在空中转成四脚着地的姿势,还可以屈腿来减小冲力。但这不能注释问题的所有,另有一个主要的因素是它们的体型,猫比人小太多了。

图源:网络

跳楼的猫除了重力之外,还受到空气的阻力――这个阻力的巨细,取决于猫身体的外面能“接”到若干空气,就像下降伞一样。于是我们又遇到了类似骨头粗细的问题。外面是二维的, 而体重是三维的,以是体重增进的速率,要快过外面扩大的速率。

一个及格的下降伞应该重量小而面积大,能“兜住”更多空气, 在这方面,猫要比狗够格,狗要比大象够格,动物越小越好。猫从高处坠落,最高的着落速率约 100 千米 / 小时,人类要到达 210 千米 / 小时,绝不新鲜,人会摔得更悲凉。

图源:网络

体重更轻的动物,坠落的速率自然更慢。生物学家约翰・伯顿 ・ 桑德森 ・ 霍尔丹(John Burdon Sanderson Haldane)曾经说过, 若是你把一只小老鼠顺着管道扔进一千米深的矿井里,它会愣一愣,随即若无其事地跑掉。

对人来说,重力是恐惧和危险的源泉,但对于昆虫来说,重力什么都不是,由于它们细小的体重和大外面,“兜”住的空气阻力足以战胜大多数重力。苍蝇可以在天花板上散步,若是你把蚂蚁扔进矿井,它也许是饿死的。

比动物更小的生物基本不知重力的存在。有些细菌体内有细小的自然磁石,起着指南针的作用,指引细菌向北游, 这些小器械不是要去北方,而是要下潜――地球磁场的磁力 线实在不是平平地向北,而是略向下倾斜。在人看来,细菌的偏向感是异常奇异的:知南北而不知上下。翼若垂天之云另外一个跟战胜重力相关的问题是航行。航行需要空气的升力,而承接升力的器械是同党,确切地说,是同党的外面。

于是,类似猫跳楼的情形又泛起了。把小动物变大,它的体重(三维的)会增添许多,同党(二维的)外面却增添 不了若干,若是大动物想飞,就必须把同党分外扩大,来“接住”更多的升力。

昆虫凭着小同党就能飞,蜂鸟同党也大不了若干,那些伟大的飞鸟,好比天鹅和安第斯神鹰(学名 Vultur gryphus),就必须长一对宽阔如云的同党。

安第斯神鹰 图源:百度百科

对于航行动物来说,体重是永远的痛。若是放弃航行, 鸟的身体就可以极大地增进。鸵鸟重达 90 千克,著名的渡渡鸟(学名 Raphus cucullatus)重 23 千克,和鸵鸟比不算太大, 但它现存的近亲蓑鸽(学名 Caloenas nicobarica),重仅 650 克。

史上最大的航行动物是风神翼龙(学名 Quetzalcoatlus northropi),凭证推测,这种白垩纪的巨型爬行动物翼展达 12 米, 身躯之高峻,活像一头会飞的长颈鹿。

风神翼龙的体型比例示意图 泉源:百度百科

然而它的体重约莫有1.5个成年人那么多(同样是凭证推测体重在90~120 千克)。我们可以开个脑洞,先不思量人类有没有气力挥舞起伟大同党等因素,若是真的有“天使”,天使同党翼展达10米也许才气飞起来,天堂里一定很挤。

作者:陶雨晴

图源:网络

版权归原作者所有

编辑:张润昕

泉源:原点阅读

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