论怪兽哥斯拉的规模法则 | 《规模》

Original 010 集智俱乐部 2021-02-09

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：

据韦斯特（West）在《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。