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“胖纸”不会飞
生活在东南亚的鼯猴,长得像个外星人:在它的腿和尾巴之间,有皮膜相连,如果身体展开,鼯猴就像一只方形的大风筝,可以滑翔100米左右。它属于皮翼目,与灵长目——人类和猴子——还有些亲缘关系。
虽然我们的亲戚身负“轻功”,但人类并没有进化出飞行功能。为什么呢?这个问题有一个让人害臊的答案:人类太胖了!
让我们来看看动物界那些会飞的“胖纸”是如何艰难飞翔的:疣鼻天鹅的体重可以达到10千克,它的起飞非常辛苦,必须在水面上像气垫船一样狂奔助跑;非洲的灰颈鹭鸨是最大的飞鸟,体重18千克左右,它几乎只在地上走,遇到危险才会勉强飞一下——飞行的动物对体重比模特儿还要敏感。
为什么越重飞起来越吃力?为了回答这个问题,我们要借用一下哆啦A梦的放大灯,看看东西变大的时候会发生什么。
假设有一块长1cm,高1cm,宽1cm的糖,它的每一个面都是正方形,面积是1cm×1cm=1cm2,体积是1cm×1cm×1cm=1cm3。
放大10倍以后,它的长、宽、高都是10cm。然而,它的体积既不是10cm3,也不是100cm3,而是10cm×10cm×10cm=1000cm3。这块超级大糖相当于原来的一千块糖,够吃一个月了!
如果我们放大一个动物,它的表皮面积变大的速度,比身高要快;体积和体重变大的速度,比表皮面积要快。放大越多,这个差距越明显。比如,把一只身长1.2米的天鹅放大到12米,它的体重会是10吨,比霸王龙还要重!
流动的空气是动物飞行和滑翔的动力来源。翅膀的面积越大,得到的气流越多,上升的浮力就越大,这没错。但是,对一只被放大到恐龙体型、体重是原来1000倍的天鹅来说,靠只比原来翅膀增加100倍的面积(整个表皮面积的一部分)获得的这点升力,简直是杯水车薪。
如果把翅膀做得足够大,胖一点的动物也是可以飞起来的。地球上出现过的最大的飞行动物,是生活在白垩纪的风神翼龙。科学家推测,它的体重在80千克到200千克之间。它的翅膀舒展开来,宽度可达12米,宛如一架飞机。
当人类拥有一双足够大的翅膀,飞上天就成为了可能。到那时,天使纷纷失业,上帝愁眉不展。人人背着一副“屏风”,一会儿路人甲的翅膀把上帝的花瓶碰掉了,一会儿路人乙的翅膀把天堂的大门卡住了,上帝还真是不容易呢。
“聪明”的烦恼
如果大翅膀不好用,那么把身体缩小呢?还记得刚刚那个糖块和天鹅的“放大灯原则”吗?那个原则反过来也成立:体重减少的速度,要比表皮面积减少的速度快。小鸟甚至更小的动物,只要有一点点大的翅膀,就可以“自由飞翔”。
著名科幻小说作家刘慈欣老师就写过一篇小矮人的故事——《微纪元》。文章中说到,只有细菌大小的人的生活是很幸福的。例如,他们从多高的地方跳下都不怕,因为微型人在坠落时,身体表面接触到一点点空气的阻力,就能把他们微小的重量托起来。顺便说一句,世界上会飞的动物比不会飞的动物多——绝大多数会飞的动物是昆虫,而昆虫的特征就是翅膀。
缩小?虽然没有发明缩小灯,但我们确实可以把动物变成迷你型——驯养的生物体型发生巨大变化的例子并不少。吉娃娃是最小的狗,它的体重还不到它的祖先大灰狼的二十分之一。
但是,观察它的脑袋,你会发现一件怪事:狼的头骨是长形,脑顶是平平的,而吉娃娃的头骨几乎是球形的,脑顶是圆溜溜的,相比它的小鼻子小嘴,它的脑袋显得特别大,简直像外星人。
搭建一个足够聪明的脑,需要一定数量的细胞,而细胞是不能随随便便缩小的。
细胞是一个精致的小机器,通过它的表面,氧气和许多别的东西进进出出。这也限制了细胞的大小——如果细胞太大,里面的“馅儿”过于庞大,表皮太少,它们会因为得不到足够的氧气而“憋死”;如果细胞太小,又装不下精致复杂的“零件”。大灰狼体积大,吉娃娃体积小,并不是因为狼的细胞比吉娃娃大,而是因为狼的细胞多。
电脑的性能依赖里面的元件,脑子的性能依赖脑细胞。因此,大脑要正常运转,必须得保持一定的个头。世界上第一台计算机重30吨,因为它的元件(电子管)体积太大。要保持“汪星人”的智力,吉娃娃不能把大脑缩得太小,相比娇小的身体,它的脑袋就显得异常硕大了。
如果有吉娃娃一样的微型人,他们要么保留大脑袋,变成“大头钉”(普通人的大脑重1200克1400克,和吉娃娃整个身体的重量差不多),飞不起来;要么缩小大脑,降低体重,成为笨蛋——但这样的话,即使他们会飞,也无法体验飞行的快感了。
不过,还是有两点要说明白:
第一,上面说的都是基于科学理论的合理想象,事实上人类不能靠缩小身体来飞行,任何动物都不能,《哆啦A梦》里的野比大雄不算。
第二,以吉娃娃为例,是想说明“大脑无法缩小”这个问题会成为飞行的累赘,并不是要说明“狗无法飞行”。在逻辑上,吉娃娃这么轻的动物,已经在“可以飞”的体重范畴内了。
生活在东南亚的鼯猴,长得像个外星人:在它的腿和尾巴之间,有皮膜相连,如果身体展开,鼯猴就像一只方形的大风筝,可以滑翔100米左右。它属于皮翼目,与灵长目——人类和猴子——还有些亲缘关系。
虽然我们的亲戚身负“轻功”,但人类并没有进化出飞行功能。为什么呢?这个问题有一个让人害臊的答案:人类太胖了!
让我们来看看动物界那些会飞的“胖纸”是如何艰难飞翔的:疣鼻天鹅的体重可以达到10千克,它的起飞非常辛苦,必须在水面上像气垫船一样狂奔助跑;非洲的灰颈鹭鸨是最大的飞鸟,体重18千克左右,它几乎只在地上走,遇到危险才会勉强飞一下——飞行的动物对体重比模特儿还要敏感。
为什么越重飞起来越吃力?为了回答这个问题,我们要借用一下哆啦A梦的放大灯,看看东西变大的时候会发生什么。
假设有一块长1cm,高1cm,宽1cm的糖,它的每一个面都是正方形,面积是1cm×1cm=1cm2,体积是1cm×1cm×1cm=1cm3。
放大10倍以后,它的长、宽、高都是10cm。然而,它的体积既不是10cm3,也不是100cm3,而是10cm×10cm×10cm=1000cm3。这块超级大糖相当于原来的一千块糖,够吃一个月了!
如果我们放大一个动物,它的表皮面积变大的速度,比身高要快;体积和体重变大的速度,比表皮面积要快。放大越多,这个差距越明显。比如,把一只身长1.2米的天鹅放大到12米,它的体重会是10吨,比霸王龙还要重!
流动的空气是动物飞行和滑翔的动力来源。翅膀的面积越大,得到的气流越多,上升的浮力就越大,这没错。但是,对一只被放大到恐龙体型、体重是原来1000倍的天鹅来说,靠只比原来翅膀增加100倍的面积(整个表皮面积的一部分)获得的这点升力,简直是杯水车薪。
如果把翅膀做得足够大,胖一点的动物也是可以飞起来的。地球上出现过的最大的飞行动物,是生活在白垩纪的风神翼龙。科学家推测,它的体重在80千克到200千克之间。它的翅膀舒展开来,宽度可达12米,宛如一架飞机。
当人类拥有一双足够大的翅膀,飞上天就成为了可能。到那时,天使纷纷失业,上帝愁眉不展。人人背着一副“屏风”,一会儿路人甲的翅膀把上帝的花瓶碰掉了,一会儿路人乙的翅膀把天堂的大门卡住了,上帝还真是不容易呢。
“聪明”的烦恼
如果大翅膀不好用,那么把身体缩小呢?还记得刚刚那个糖块和天鹅的“放大灯原则”吗?那个原则反过来也成立:体重减少的速度,要比表皮面积减少的速度快。小鸟甚至更小的动物,只要有一点点大的翅膀,就可以“自由飞翔”。
著名科幻小说作家刘慈欣老师就写过一篇小矮人的故事——《微纪元》。文章中说到,只有细菌大小的人的生活是很幸福的。例如,他们从多高的地方跳下都不怕,因为微型人在坠落时,身体表面接触到一点点空气的阻力,就能把他们微小的重量托起来。顺便说一句,世界上会飞的动物比不会飞的动物多——绝大多数会飞的动物是昆虫,而昆虫的特征就是翅膀。
缩小?虽然没有发明缩小灯,但我们确实可以把动物变成迷你型——驯养的生物体型发生巨大变化的例子并不少。吉娃娃是最小的狗,它的体重还不到它的祖先大灰狼的二十分之一。
但是,观察它的脑袋,你会发现一件怪事:狼的头骨是长形,脑顶是平平的,而吉娃娃的头骨几乎是球形的,脑顶是圆溜溜的,相比它的小鼻子小嘴,它的脑袋显得特别大,简直像外星人。
搭建一个足够聪明的脑,需要一定数量的细胞,而细胞是不能随随便便缩小的。
细胞是一个精致的小机器,通过它的表面,氧气和许多别的东西进进出出。这也限制了细胞的大小——如果细胞太大,里面的“馅儿”过于庞大,表皮太少,它们会因为得不到足够的氧气而“憋死”;如果细胞太小,又装不下精致复杂的“零件”。大灰狼体积大,吉娃娃体积小,并不是因为狼的细胞比吉娃娃大,而是因为狼的细胞多。
电脑的性能依赖里面的元件,脑子的性能依赖脑细胞。因此,大脑要正常运转,必须得保持一定的个头。世界上第一台计算机重30吨,因为它的元件(电子管)体积太大。要保持“汪星人”的智力,吉娃娃不能把大脑缩得太小,相比娇小的身体,它的脑袋就显得异常硕大了。
如果有吉娃娃一样的微型人,他们要么保留大脑袋,变成“大头钉”(普通人的大脑重1200克1400克,和吉娃娃整个身体的重量差不多),飞不起来;要么缩小大脑,降低体重,成为笨蛋——但这样的话,即使他们会飞,也无法体验飞行的快感了。
不过,还是有两点要说明白:
第一,上面说的都是基于科学理论的合理想象,事实上人类不能靠缩小身体来飞行,任何动物都不能,《哆啦A梦》里的野比大雄不算。
第二,以吉娃娃为例,是想说明“大脑无法缩小”这个问题会成为飞行的累赘,并不是要说明“狗无法飞行”。在逻辑上,吉娃娃这么轻的动物,已经在“可以飞”的体重范畴内了。