问题

为什么电影中的巨兽不可能存在?

回答
电影里的巨兽,那种呼风唤雨、山峦为之倾倒的庞然大物,确实在视觉上给我们带来了无与伦比的震撼。但如果放到现实世界里来审视,它们存在的可能性,就像让一只老鼠扛起一辆坦克一样,几乎为零。这不是什么奇思妙想的限制,而是实实在在的物理法则和生物学规律在“作祟”。

咱们就从最基本的说起,质量。你想啊,一只普通的老鼠,你想把它瞬间放大成一辆汽车那么大,会发生什么?它的质量会呈指数级增长。这可不是简单的线性增加。比方说,一个生物长宽高都变成原来的十倍,它的体积(也大致代表了质量)就会变成原来的十倍的十倍的十倍,也就是一千倍。

这么巨大的质量,首先就得面对一个棘手的敌人——重力。地球的引力可不会因为你体型变大就对你手下留情。对于一个庞然大物来说,自身重量的平方立方定律(SquareCube Law)会成为压垮它的最后一根稻草。你看,骨骼的横截面积,也就是支撑力量的强度,是随着长度的平方增长的。但它的体重,却随着长度的立方增长。简单来说,身体越长大,需要的骨骼强度就得不成比例地增加,才能支撑住那不成比例增加的体重。

即使我们能想象出某种超坚固的材料来建造巨兽的骨骼,那也得考虑结构强度。它们的骨骼得有多粗?如果按照我们熟悉的动物比例来放大,那腿会粗得像摩天大楼的柱子,而且还得承受难以想象的压力。想想大象,它们粗壮的腿已经是陆地动物的极限了,但它们和电影里的那种巨兽比起来,简直就是小蚂蚁。而电影里的巨兽,它们的腿能支持它们快速奔跑、跳跃,甚至挥舞巨大的肢体,这骨骼得结实到什么程度?那得需要一种我们从未见过的、违反物理学原理的材料。

再说说呼吸和循环系统。生物体内的氧气和营养物质的输送,以及二氧化碳的排出,都是通过一系列精密的系统完成的,比如肺、心脏、血管。体积增大,对氧气的需求也随之剧增。肺的表面积需要足够大才能吸收足够的氧气,而心脏需要足够强大才能把血液泵送到全身的每一个角落,尤其是那些距离心脏很远的高处。

想象一下,你的身体要比你现在的体型大上百倍,你的心脏得有多大,才能把血液泵到你那巨大的大脑或者高高翘起的尾巴尖?普通生物的心脏,其功率和效率完全无法满足这种需求。而且,血管也需要极大的直径和泵送压力。即使我们能造出足够强大的“泵”,血管壁的压力和血流速度也会成为巨大的挑战。

还有体温调节。生物的新陈代谢会产生热量,体积越大的生物,相对于其表面积来说,产生的热量就越多。体型越大,表面积相对于体积的比例就越小,散热就越困难。这意味着,一个巨大的生物很容易就会因为无法有效地散热而“烤熟”自己。即使有先进的冷却系统,比如巨大的耳朵或者专门的散热器官,它们能有效带走多少热量,这又是个巨大的问号。

能量供应更是个大问题。巨兽需要大量的食物来维持巨大的体型和庞大的能量消耗。它们每天要吃多少?一整片森林?一万头牛?而且,它们消化食物、吸收营养的能力也必须匹配上巨大的能量需求。我们熟悉的生物,它们的消化系统和能量转换效率是经过漫长演化才能达到的平衡,突然放大,这种效率是否能跟得上,是个未知数。

最后,我们还得考虑运动和神经系统。一个巨大的身体,要精准地控制每一个动作,需要一个非常高效的神经系统。大脑需要处理海量的信息,并通过神经信号指挥庞大的肌肉群。信号传输的延迟,即使是很小的延迟,对于一个如此巨大的生物来说,也可能导致动作的笨拙甚至失控。想象一下,你指挥你的手指,需要几秒钟才能响应?那对于巨兽来说,一场战斗可能还没开始,就已经因为动作滞后而败北了。

所以,电影里的巨兽,它们之所以能让我们看得热血沸腾,更多的是导演和特效团队的想象力与技术的结晶。它们挑战的是我们的视觉极限,而不是物理定律。在现实世界里,重力、能量、物质的属性,这些都是我们无法逾越的障碍,它们共同构成了对任何试图违背自然规律的庞然大物的严酷审判。

网友意见

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生物学中有一个概念叫“异速增长关系”,即

生物的行为、形态以及所需能量等生理特征与体型之间存在着一种定量关系,也就是说这些生物学特征会随着生物体型的变化而产生定量的变化,而且这个变化不是成比例的。

这一概念最早由朱利安·赫胥黎(Julian Huxley)于1932年提出,可以用一个数学表达式表示

  • E 为生物学变量(如动物的代谢率,可以理解为动物单位时间内消耗的能量);
  • M 为体型(一般用体重表示);
  • 3/4 为函数幂(也称尺度因子)。


生物的行为、形态和生理等特征与体型不是等比例增长。先假设生物学变量与体型是线性关系,也就是生物的体型越大,生物学变量值也就越大,则:尺度因子=1;

这种情况在自然界是存在的,但是有前提的。举个例子,青蛙除了在蜕变后的几周的短暂时期外都是线性生长的,是等比例的。但这种线性生长并不是长期的,为什么?

线性增长的关系是由平方-立方定律决定的。当一个生物体的长度翻倍时,那么它的表面积将是原来的4倍,而它的体积和质量将是原来的8倍。

但在现实中这样的生物会出现很多问题。

先假设动物体型翻了一倍,现在有8倍的生物组织来支持它的生存,但是如果按照前面的说法,它的呼吸器官表面积应该变成原来4倍,那么它的身体供需关系就会出现不匹配的情况,原有的呼吸器官提供的氧气就不足以维持现有的体型能量消耗。

同样,当我们翻倍动物的体型时,骨头的面积是原来2倍,而质量却变成了8倍,这是完全不合适的伽俐略在其《关于两个新科学的对话》中讨论的典型例子就是关于兽类骨骼,即其骨骼因身体尺寸增加而会变得更强健和增大。

后来,工程师托马斯·麦克马洪扩展了伽利略的观测范围。他测量了一些博物馆的动物标本,发现腿骨直径的变化可以用一个异速增的关系式来描述:即腿骨直径是其身高的3/2次方。这个指数导致较大的动物骨骼相对较粗。

例如,大象的股骨虽然是狗的10倍长,但却是比狗的粗20倍。这种骨骼比例关系被称为“弹性相似”,这种骨骼比例的变化有助于保持恒定的应力,从而抵御欧拉失稳。

如下图所示,拿大象的照片和斑尾袋鼬的照片放大到同等大小去比较,很容易发现大象的腿要粗得多。如果真的把斑尾袋鼬按照自身的比例放大到大象那么大,按照上一段中的分析,它一定站不起来,而大象为了能站立,它的腿必须很粗才行。

所以生物的行为、形态和生理等特征与体型之间的关系不会是完全等比例的,也就是异速增长,而非等速增长。


接下来,我们拿哥斯拉这个巨兽来举例。

电影中的哥斯拉体型的增长几乎是等比例的,下图可见,就从这点来看已经很不科学了。

从1954年初代哥斯拉诞生以来,哥斯拉的体型也发生这变化,一、二代哥斯拉的身高为50米,三代身高为80米,四、五代为100米,之后的六、七、八、九、十代又回到了初始设定50米左右,到了最新的几代又变大到110米左右。

而且这个吨位估计也是瞎鸡儿编出来的,根本不符合异速增长规律。

比如,在它91.5米的时候,设定中的哥斯拉的质量接近24000吨。

然而,从动物学的角度来看,很明显,这种吨位对于如此庞大的巨兽来说是非常小的。它看起来不切实际的瘦。现存的1-300公斤以上的自然动物,都会随着体型大小的增加而逐渐变得更结实。


结论:因为电影中的巨兽不符合异速增长关系,所以不可能存在。

想了解更多可以看这篇论文,具体介绍了哥斯拉这种巨兽为什么不科学:

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很简单的原理。你拿一堆砖,不用盖房子,就简单地朝高处堆积。堆到高度为2块砖的时候,下面那块砖承受了上面1块砖的重量。堆到200块那么高的时候,下面一块就承受上面199块的压力。能明白吗?

这样,拿这种砖到底可以堆多高?其实就看你最下面那块砖能被多少个砖压着还不碎,他就能堆多高。比如你拿铁块就能堆很高,拿豆腐块堆不高他就塌了。

同理,肉和骨头也有自己的强度极限。巨大怪兽那么大,普通的肉和骨头根本承受不住。就等于你想用小葱拌豆腐建一座帝国大厦一样。堆到一定高度,或者说怪兽长到某个尺寸,就被自重压塌变成一堆烂肉了。

同样,肌肉能提供的力量也是有限的,因为这个材料他的强度就那么大。比如体重很大的大象,虽然很有力,但跳不起来。


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看评论没想到有这么多人满脑子都是等比放大,还自以为自己很智慧,老想拿蚂蚁出来讽刺别人两把。

蚂蚁智商低,蚂蚁觉得人这么大不存在?蚂蚁都智商低了他根本就没有『觉得』这个概念好吗?都是你把你脑子带入蚂蚁的思想里去抬扛罢了。蚂蚁可不会抬扛。

等比放大就无敌吗?你造个飞机,10米长,能跑时速100公里。你放大一万倍就能跑时速1000000公里了吗?你拿块砖能盖100层高楼,那为什么不等比放大搞更大块的砖,一下把大楼盖到月球去呢?到时候坐电梯就能直接登月了,多方便!

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分陆地巨兽还是海洋巨兽来说

海洋巨兽

蓝鲸平均长度(脊柱方向)25米,体重约200吨,平均每米8吨。因身体密度与海水相当,其脊柱承重可以忽略不计。有浮力平衡体重减少能耗的情况下,每天食量4吨。约体重的2%

陆地巨兽

非洲象平均体长6.5米,体重6吨,平均每米0.923吨。四足着地。每足承重1.5吨。其脊柱承重约一半体重,每米0.5吨。每天进食量0.22吨左右。约体重的3.7%。小腿骨中段,半径约5.6厘米(双骨折算单骨),每平方厘米承重15.23kg。

著名的T-REX,霸王龙,平均体长12.5米,平均7吨,每米0.625吨(扣除0.5体长)。双足着地。每足承重3.5吨。霸王龙小腿骨中段,半径约9厘米,每平方厘米承重13.78kg。


如果按蓝鲸的体重,折算成非洲象,四足着地,其腿骨半径约32.58厘米。

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因为重力的存在,导致陆地动物的体型是有上限的。物体大小成倍数增长后,它承受的重力是指数增长。1米的儿童体重只有30多斤,2米高的人就算瘦成竹竿也一百多斤。世界上所有动物体重越大的越是个球(犀牛、熊、大象),所有擅长奔跑且腿长动物没有太沉的。

而飞行动物因为要利用气流抵消重力,所以比陆地动物更小。在水里因为有浮力的存在,所以水中动物体型的上限比陆地动物大的多。

在体型上限方面,水里>陆地>空中。在常态下,越需要克服重力的动物,体型上限就越小。

电影中的巨兽不存在,因为如果是那般庞然大物,它一定是个球。且要超级强有力的心脏和肺才能把血液和氧气输送全身。一天进食时间至少12个小时,光是活着就拼劲全力了,怎么可能还上蹿下跳游泳跑步。

另外,碳基生物不可能有巨兽。星球重力小,空气就会逃逸星球表面,导致氧气稀薄,巨兽供给不上氧气。星球重力过大,生物太沉又站不住。

有重力,你站不住。没重力,你喘不上来气。蓝鲸利用水的浮力,冲破了重力限制。摩天大楼不需要呼吸,冲破了心脏肺对血液和氧气的输送限制。但如果这俩限制都不能冲破,那动物就不可能太大。

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