← 全部动画

C4 · 如果人类缩小到一厘米?

平方-立方定律

播放提示

文字稿

如果人类缩小到一厘米,会怎么样?听起来只是变小了,但其实整个世界都变了。因为物理规律对尺度非常敏感。先说一组数字。

身高从一米七缩到一厘米,缩小了一百七十倍。质量的缩放是长度的三次方,所以变成原来的四百九十万分之一。而表面积的缩放是二次方,只变成两万九千分之一。把这两个一除,表面积和质量的比值,变成原来的一百七十倍。

这意味着什么?第一,你会冷得很快。身体产热靠体积,散热靠表面积。表面积相对变大了,散热就快了。

所以你大概需要不停地吃东西,才能维持体温。第二,你会变得特别有力气。肌肉的力气和横截面积成正比,体重和体积成正比。所以力气除以体重,会变成原来的一百七十倍。

一只蚂蚁能举起五十倍体重,是同一个道理。如果你缩小到一厘米,理论上也能举起比自己重几百倍的东西。第三,跳的高度不变。因为跳跃高度正比于力气除以体重再乘一个距离。

力气涨了一百七十倍,体重却小了一百七十倍,正好抵消。所以你能跳半个身体高的说法是错的。你其实能跳的,还是原来那个高度。也就是五十厘米左右,是自己的五十倍身高。

第四,水会变得很黏。因为表面张力和体重都在变。表面张力作用在身体上的力正比于长度,体重正比于长度的三次方。所以你小的时候,水就不再"流动"了,而像胶水。

呼吸也会变成问题。因为在 1 厘米的尺度上,你的气管大概只有零点一毫米粗。空气流过这么细的管子,阻力大得惊人。管子的阻力,跟半径的四次方成反比。

半径小一百七十倍,阻力就变成一百七十的四次方倍。所以到了这个尺度上,"吸气"这件事根本行不通。小动物靠的是空气自己扩散进去,不需要泵。昆虫的肚子里,就是一堆直接通到细胞的气管。

同样的问题,反过来看也成立。如果一只老鼠整体放大一百倍,体长乘一百,体重乘一百万。可它腿的截面积,只乘一万。单位面积上要扛的重量,就涨了一百倍。

所以大象的腿,必须比"按比例放大的老鼠腿"粗得多。不是因为大象更重 —— 而是因为它的质量涨得比面积快。所以下次看科幻电影里的缩小人,可以想一下这件事。变小不是把一切都按比例缩小,而是换了一套物理。

想聊的在评论区说说。