物理解說(shuō)之縮小人生

【摘? 要】我們生活中會(huì)經(jīng)常看到一些如漫威電影《蟻人》，電影《格勒佛游記》，電影《縮小人生》等許許多多關(guān)于人類放大縮小的電影題材。小說(shuō)類有劉慈欣的《微紀(jì)元》等，人們對(duì)放大縮小的好奇從未停止，在網(wǎng)絡(luò)上也經(jīng)常有人探討此類型的問(wèn)題。本文就以物理力學(xué)角度來(lái)探討當(dāng)一個(gè)人縮小之后所感受的世界模樣。

【關(guān)鍵詞】物理解說(shuō);縮小人生

在網(wǎng)絡(luò)上搜索，世界上力氣最大的生物是什么，螞蟻赫然在列。這是由于根據(jù)力學(xué)家測(cè)定，一只螞蟻能夠舉起超過(guò)自身體重400倍的東西，甚至能夠拖動(dòng)自身體重1700倍重量的東西，儼然一個(gè)超級(jí)“大力士”。還有甚者說(shuō)，根據(jù)“科學(xué)家”作的研究，螞蟻腿部肌肉是一臺(tái)超高效率的“發(fā)動(dòng)機(jī)”，能夠使得螞蟻產(chǎn)生如此超凡脫俗的力量。

這不禁讓人感到疑惑，究竟我們?nèi)祟惡臀浵亴?duì)比，到底誰(shuí)才是高級(jí)生物，要知道我們?nèi)祟愅ǔＧ闆r下能舉起自身體重的重量就已經(jīng)算不錯(cuò)了。對(duì)比螞蟻那“恐怖”的力量，真是讓人感到自慚形穢。由此出現(xiàn)了眾多紛紜的說(shuō)法，例如，螞蟻要是能夠長(zhǎng)到我們?nèi)祟惔笮。敲唇y(tǒng)治地球的絕對(duì)是這種大“螞蟻”，想象一下一只人類大小的螞蟻，舉起數(shù)十噸的物體向你丟過(guò)來(lái)。這個(gè)時(shí)候，不論是老虎，獅子還是其他猛獸在螞蟻面前都只能是口糧。

但其實(shí)，這是一個(gè)天大的誤解，也是我們常人犯的一些直觀印象想當(dāng)然的錯(cuò)誤。作為一個(gè)人類要有自信，我們作為地球上的統(tǒng)治者，最高等的動(dòng)物。若能夠像電影《蟻人》或者《縮小人生》那樣的縮小，即便縮小到了螞蟻大小，我們?nèi)祟愐廊粫?huì)是地球的統(tǒng)治者，甚至能夠活的更加輕松。

首先先來(lái)探討下一個(gè)最常見的誤區(qū)，那就是當(dāng)我們?nèi)祟惪s小到螞蟻大小，不會(huì)只是單單的縮小。那時(shí)候，我們也將變身成一個(gè)個(gè)超級(jí)“大力士”，也能夠輕松的舉起自身幾百倍重量的物體，甚至更加靈活多變。這并不是隨意的猜測(cè)，而是根據(jù)現(xiàn)有物理力學(xué)規(guī)則可以直接推導(dǎo)出來(lái)的。

那么先來(lái)解釋下為什么，縮小后的人類為什么能夠舉起自身體重?cái)?shù)百倍重量的物體。舉個(gè)例子，我們手里有兩根材質(zhì)相同繩子，其中一根長(zhǎng)1米，粗1厘米，重1kg，能夠拉起1000千克的物體。第二根長(zhǎng)0.1米，粗0.1厘米。那么現(xiàn)在問(wèn)題來(lái)了，第二根繩子應(yīng)該有多重，能夠拉起多重的物體，請(qǐng)仔細(xì)思考。

現(xiàn)在來(lái)揭曉答案，第二根繩子由于體積縮小了1000倍，因此僅重1克。能夠拉起多重與其多粗有直接關(guān)系，繩子細(xì)了100倍，因此能拉起10千克重的物體。換個(gè)方向看，1千克重量的繩子，能拉起1000千克的重力，是自身重量1000倍的，而1克重量的繩子卻能夠拉起10千克重力，是自身重量10000倍物體，這個(gè)時(shí)候你能夠說(shuō)1克重的繩子比1千克重的繩子質(zhì)量好十倍么？當(dāng)然是不行的。仔細(xì)想其中的道理，原因是因?yàn)橐焕K子能拉起多重的物體，跟繩子多長(zhǎng)是沒有任何關(guān)系的，只跟繩子的粗細(xì)有關(guān)，同理，一個(gè)物體的受力大小只與該物體的受力橫截面有關(guān)。

再來(lái)看看人縮小到螞蟻大小的情況，一個(gè)身高1.8米，體重70千克，舉力也為70千克的人，等比例縮小到身高僅1.8厘米，那么此時(shí)體重將僅有0.07克，由于力量只和受力橫截面相關(guān)，而受理橫截面并不是于體積等比例縮小的，此時(shí)只縮小10000倍，因此此時(shí)他的舉力為7克。那么舉力與此時(shí)縮小人的體重作對(duì)比，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)候他就能夠舉起自身體重100重量的物體了。諾是將比例放的更小，那么這個(gè)力量與質(zhì)量的比值比例就越明顯放大。

現(xiàn)在來(lái)代入這個(gè)被縮小100倍的人類視角，此時(shí)他能夠舉起自身百倍重的物體，能夠蹬腿一躍，就跳到了“幾十米”的高度，此時(shí)的他不論從多高的高度摔下來(lái)都不會(huì)遭受任何傷害，在他的眼中，世界仿佛放慢了整整100倍，同時(shí)地球?qū)λ闹亓σ部s小了100倍一般。在地上行走之時(shí)，最好換上攀巖設(shè)備，在地表以攀巖的狀態(tài)行走，那樣“走”的更快，否者只用雙腳走路，不小心就跳的太高飄了起來(lái)，在空中可不好轉(zhuǎn)向。

現(xiàn)在來(lái)逐句討論縮小人的感官現(xiàn)象，蹬腿一躍，就跳到了“幾十米”的高度，這是由于相對(duì)此時(shí)的人來(lái)說(shuō)，就好像自身的力量大了整整百倍，一個(gè)人跳的多高，取決于在跳起來(lái)時(shí)雙腿與地面接觸給與自身的的加速度。而加速度的大小a=f/m，意思是力量與質(zhì)量的比值越大，加速度越大。我們已經(jīng)知道，縮小百倍之后的人，力量縮小了1萬(wàn)倍，但質(zhì)量卻縮小了100萬(wàn)倍，此時(shí)力量與質(zhì)量的比值就大了整整100倍。因此，蹬腿一躍，百倍于正常人跳躍的加速度，輕易的使小人躍上了“幾十米”高空（其實(shí)是幾十厘米，之時(shí)對(duì)縮小人來(lái)說(shuō)就像幾十米）。

此時(shí)的他不論從多高的高度摔下來(lái)都不會(huì)遭受任何傷害，在生活中會(huì)看到一個(gè)現(xiàn)象，越小的東西似乎越堅(jiān)固耐摔，一顆小石頭，你用力往地上砸也摔不碎裂，而礦山開采巨石時(shí)，即便在巨石底下，放足夠的泥土來(lái)作緩沖，但巨石只是“輕輕”一倒，卻極容易把自己摔的四分五裂。這是由于物體的材質(zhì)雖然相同，但更大的物體單位受力橫截面遭受自身重量的影響越大，一顆一厘米高的石頭，底部只需要遭受一厘米石頭的重量，一顆十米巨石，相同單位面積的底部卻要承受十米高的重量，底部壓力相差千倍。在作加速運(yùn)動(dòng)時(shí)也會(huì)變得更明顯，因此，越大的物體，運(yùn)動(dòng)時(shí)就越“脆弱”。越小的物體越耐摔。例如，大象也許只是從一米高的坡上摔下，就有可能永遠(yuǎn)站不起，而我們就從來(lái)沒見到過(guò)摔死的螞蟻。同時(shí)受到地球空氣阻力的影響，越小的物體下落時(shí)它的極限下墜速度越低，例如從高空墜落下來(lái)的貓，就不容易倍摔死， 因此受到這兩個(gè)因素的共同影響，縮小百倍的人無(wú)論從多高摔下，都不會(huì)遭受任何傷害。

生活中還有許許多多類似的現(xiàn)象，只要用心觀察，換個(gè)視角，這種現(xiàn)象生活中是隨意可見的。

在他的眼中，世界仿佛放慢了整整100倍，一個(gè)生物對(duì)時(shí)間的感知是會(huì)隨著變大變小而改變的，越小的生物反應(yīng)越快，越大的生物反應(yīng)越遲鈍，其實(shí)這點(diǎn)并不僅僅局限在生物層面上，在非生物之上也是成立。越小的動(dòng)物越靈活，越小的玩具越靈活，越小的人也是。除了上面力學(xué)上的原因，另外一個(gè)就是越小生物，相同的結(jié)構(gòu)，從神經(jīng)傳導(dǎo)速度看，由于神經(jīng)傳導(dǎo)速度不變，那么越小的生物傳導(dǎo)所需要的路程就越短，因此就能作出更快的反應(yīng)速度。同時(shí)大腦就像電腦CPU芯片一樣，越小越精細(xì)者計(jì)算速率就越高，一個(gè)正常人腦子中轉(zhuǎn)了一圈的想法，在縮小人腦海里相同的事已經(jīng)轉(zhuǎn)了一百圈。因此可以大膽作出推斷，在他的眼中，整個(gè)世界就仿佛放慢了一百倍一樣。

同樣可以舉很多例子，如小孩子比大人更靈活，反應(yīng)更快?；@球運(yùn)動(dòng)員姚明，肌肉練得再?gòu)?qiáng)壯，就是跑不過(guò)艾弗森，打不了后衛(wèi)。蜜蜂可以每秒轉(zhuǎn)向數(shù)十次，震動(dòng)翅膀數(shù)百次，貓咪的反應(yīng)速度是人類的十倍等等。繼續(xù)思考身邊的例子。

同時(shí)地球?qū)λ闹亓σ部s小了100倍一般。身邊的這是通過(guò)上面幾點(diǎn)共同推導(dǎo)出來(lái)的感官。一個(gè)人類，在正常情況下，如何能舉起原本一百倍的重量？如何能夠一躍數(shù)十米高？答案是，只要地球?qū)δ愕闹亓s小一百倍，那么你就能完美的達(dá)到上述兩點(diǎn)。

我們?cè)俳Y(jié)合一個(gè)思維實(shí)驗(yàn)，你就是這個(gè)縮小的人，此時(shí)的你站在一個(gè)高度為一米的電腦桌上，往下跳。這個(gè)電腦桌對(duì)縮小的你而言，看上去就是一個(gè)100米高的大懸崖。那么代入自由落體公式，在正常人的眼中，你只用了0.45秒的時(shí)間就落到了地上。但是在你自己的視角中，由于時(shí)間感覺被放慢了一百倍，你會(huì)感覺花了整整“45秒”的時(shí)間，才落到了“100米”的地上。那么代入自由落體公式 h=1/2gt2，計(jì)算得出重力加速度g約為0.1m/s2 。仿佛重力小了整整百倍，再結(jié)合上面的力量與彈跳，完美結(jié)合代入。（題外話，在這種情況下，真空光速對(duì)你來(lái)說(shuō)依然是30萬(wàn)“千米”每“秒”哦，光速恒定真是意外的堅(jiān)挺）

驚奇的“發(fā)現(xiàn)”，雖然我們共同生存在同一個(gè)星球，看似同樣的環(huán)境。 但越小的生物，他們生存的環(huán)境看似更優(yōu)越。更小的重力感，更敏銳的時(shí)間感，更加堅(jiān)硬耐摔的身體，代表著相對(duì)的“更強(qiáng)，更快，更硬”還有由于自身消耗的減少導(dǎo)致的相對(duì)“更豐富”的資源。因此，假如人類像電影《縮小人生》里那樣，縮小百倍直徑（體積縮小百萬(wàn)倍）。那么只要我們點(diǎn)開了科技樹，依然會(huì)是地球的統(tǒng)治者，甚至能夠活的更加輕松百倍，這是一個(gè)何等波瀾壯闊的世界。

一個(gè)大了百萬(wàn)倍的世界，一個(gè)個(gè)“力大無(wú)比，銅皮鐵骨，反應(yīng)靈敏，輕功高絕的武林高手”持槍打螞蟻，開著“戰(zhàn)斗機(jī)”打飛禽，開著“坦克”對(duì)巨獸，建造“萬(wàn)米”帝國(guó)大廈城，在城中飛檐走壁，“萬(wàn)米”大的空中移動(dòng)要塞（飛機(jī)），不帶降落傘的高空蹦極，數(shù)萬(wàn)米的超級(jí)巨輪（遠(yuǎn)洋漁船）出海捕魚，面對(duì)海中各類超級(jí)巨獸，我們操控著巨大機(jī)械與其斗智斗勇。數(shù)千米的鯤（鯨），數(shù)百米的金槍巨獸（金槍魚）等各種海中怪獸巨獸一只只倒在我們的面千，滿載而歸，一個(gè)比動(dòng)漫海賊王更加宏偉離奇的世界在眼前展開，而我們依然立于世界之巔。

作者簡(jiǎn)介：黃歡（1990.02-），男，福建福清人，福建福清，350309，科普愛好者。