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论怪兽哥斯拉的规模法则 | 《规模》

导语

“一个大怪兽要存在,可能只能存在在人们心中”。

哥斯拉是否存在,

这是个问题!


暂时抛开这样的意识层面的讨论,我们可以从科学的层面来聊一聊,哥斯拉(Godzilla)有没有可能存在。

首先我们需要给哥斯拉大怪兽下一个定义,做一个描述。哥斯拉有很多只,大大小小都有,不过这里指的是身长106m,重达2万吨的在陆地上直立行走的动物就是一个住宅楼的高度。你坐在25楼的窗边,能平视哥斯拉的眼睛,差不多就是这种感觉。


       和住宅楼一样高的哥斯拉          


若哥斯拉是血肉之躯,由骨骼和肌肉组成,那他一定要有足够的骨骼密度来支撑起自己的重量。

问题来了:现实中小版的哥斯拉,比如说犀牛,大象是确实存在的,哥斯拉不就是按照他们的体型放大数倍,就可以稳稳地站在陆地上了,对吗?

让我们用体重以及内力对于尺寸的规模效应来解释一下这个问题。哥斯拉的重量与它的体积成正比,而体积正比于身高或者是尺寸的3次方,所以重量正比于尺寸的3次方:

M~L^3

动物要直立起来,需要支撑身体的腿能承受一个内力,在单位面积上受到的的内力被称为应力,而骨骼能承受应力是有一个临界值的。


因此,我们可以说能承受的最大内力正比于大腿的横截面的面积,也就是说,能承受的最大内力是正比于尺寸的平方:

F~L^2

体重以及内力对于尺寸的规模效应图

随着尺寸的增加,比如说尺寸增加一倍,那么体重会变成原来体重的8倍,而能承受的体重(能承受的最大内力)只会变成原来的4倍,那么总有一个尺寸的临界值,过了这个临界点,生物体会被自己的体重压垮(即图中红点所示)!

            

假如哥斯拉存在,

会是什么样子?


作为一个科学家,韦斯特(West)是不相信哥斯拉是存在的。但他并不介意沿着异速生长规律做一些有趣尝试:


韦斯特(West)《规模》中的大致估算,如果要生活在陆地上,并且能够平平稳稳地站在地上,100米高的哥斯拉的每条腿的直径需要有18米,大腿需要有30米。并且,“为了维持身体的巨大组织,哥斯拉必须每天进食25吨,相当于每天代谢约2000万卡路里的能量,这些食物足够维持一个1万人的小镇。它的心脏重约100吨,直径约50英尺(约15米),需要为身体其他组织泵出200万升的血液。然而为了平衡这一点,它的心脏每分钟只需搏动几次,就能维持与人类相似的血压。顺便说一句,请注意它的心脏尺寸与整头蓝鲸的尺寸相当……”

做完一通计算后,老头儿韦斯特(West)皮了一下:“其生活中不太美观的部分也有不少:它每天产生尿液2万升,相当于一个小型游泳池中的水量;产生粪便约3吨,相当于一辆正常大小卡车的载重量。至于它的性生活,还是留给你来想象吧。”

深海古兽哥斯拉


当然,哥斯拉是与我们完全不同的生理构造:在电影中哥斯拉是一个深海古兽,因为核辐射变得能发射射线,能喷火,有着钢铁般的坚硬的骨骼和身躯。面对如此不同的生理结构,再套用上面的计算就显得有点点没有放开想象的翅膀、书呆子气——用现实的规律去描述一个虚拟的生物,在面对一堆令人瞠目结舌的数据,然后说它没啥可能存在。


面对这样的矛盾,大科学家耸耸肩:不是你们非要我算的嘛?!

哥斯拉最好的地方

   是存在人们心中


现实生活中有很多“哥斯拉”:摩天大楼,核电能,飞机,潜艇。曾是科幻家脑子里的想象,一件件地变成了现实。但要来到现实,事物就有自己存在需要遵循的规模法则。陆地上的动物从蚂蚁可以到人,但就从人到不了“哥斯拉”。这也是我们现实的一点点无奈吧。或许,在另外的宇宙时空中,有着全新的一套物理参数,哥斯拉在那里畅行,生生不息,而人类成了灵巧力大“蚁人”。

       

       

怪兽最好的地方是存在人们心中,电影中哥斯拉的存在让人类感到恐慌,发自内心地害怕。而同时,在外敌入侵的时候哥斯拉又是人类的保护神。这样看来,它的存在提醒着我们人类应该对对自身行径有一些反思,以及对自然世界有敬畏之心。

嗯,从这个角度来说,我相信“哥斯拉”的存在。

作者:010

编辑:孟婕



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