在科幻電影中,人可以縮到比螞蟻還小,甚至細胞那么小。要是真能實現(xiàn)該多好啊!不要說我們可以去看微觀的美景,實際應用價值也不可限量。 比如旅行?,F(xiàn)在的客車一般就載幾十個人,最大的飛機也就載幾百人。要是人能微縮,一架飛機就能載數(shù)千人,甚至數(shù)萬人。那將節(jié)省多少燃料?。? 在戰(zhàn)爭中,我們的戰(zhàn)士也能變小,躲過敵人的監(jiān)視,穿過各種障礙物,進行偵查和展開各種軍事活動,使敵人的現(xiàn)代化武器失去作用。 在醫(yī)學上,微縮了的醫(yī)生可以進到身體里面,修補傷口,清除結石,找出癌細胞,甚至可以一根根地去連通斷裂了的脊髓神經(jīng)纖維,讓截癱者重新站起來。 但在實際上,這樣的微縮是不可能實現(xiàn)的。要微縮以后還是人,那人的每個細胞也要相應縮小。如果人縮到細胞那樣小,那原來的細胞就要縮到一個氫原子那么小。那就不可能是細胞了。 不要說把人縮小到細胞那么小不可能,就是縮小到螞蟻那么小都不可能。那么小的生物不可能是人。《西游記》里的孫悟空就比較聰明。他不縮小成小孫悟空,而是變成一個小蟲子,鉆到鐵扇公主肚子里去。 人不能微縮的一個原因就是組成人的細胞不能相應地縮小。否則就裝不下為細胞生存和活動所必需的最低限度數(shù)量和種類的分子。即使把人縮到螞蟻那么小,細胞也要縮到10個納米大小。而DNA的直徑就有2.6納米,合成蛋白質(zhì)的核糖體更有20個納米大。 即使不考慮細胞縮小,這里也涉及到一個基本問題,即,一個物體(包括生物)按比例放大縮小后,其性質(zhì)行為會不會還像原來一樣?幾何的基本定律告訴我們,不會。 原因就是,幾何里面的幾個參數(shù),長度(一維),面積(兩維)和體積(三維),在一個物體放大縮小時,變化的方式速度不同。長度是按線性變化,面積是按平方變化,而體積是按立方變化。也就是說,線度增大(或縮?。?0倍,面積便增大(或縮?。?00倍,而體積增大(或縮?。?000倍。這個關系看似簡單,卻影響世界萬物的存在方式和行為,包括生物和人。 比如說,一塊石頭,扔出去后會立刻掉到地上。但如果把它磨成細粉,就可以隨風飄揚,盡管每個微粒的重量還是比同體積的空氣重幾百倍。所以這不是浮力,而是石頭磨細以后,每個顆粒的表面積與體積(與重量成正比)的比值大大增加??諝饬鬟^顆粒時產(chǎn)生的磨擦力大過顆粒的重量,所以顆??梢噪S風飄揚??諝庖坏╈o止,顆粒也就沉積下來,成為桌面上的灰塵。 如果顆粒足夠小,那表面積和體積的比就變得極大,以致物體的性質(zhì)都會有重大的變化。這就是納米技術的原理。金子是黃色的,但納米金就會呈紅色。 縮小是如此,放大也是一樣。 在日常生活中,用紙疊一個飛機,可以自己立住。但如果放大到真的飛機那么大,它就會垮塌。因為重量和線度的比大大增加了,而紙的機械強度并沒有變化。同理,我們可以用鋼筋水泥建造兩米寬的陽臺,但我們不可能用鋼筋水泥建造同樣形狀,但兩百米寬的陽臺。它一定會垮塌。 一塊石頭,可以是任何形狀。甚至小行星的形狀也是不規(guī)則的。但到太陽系行星的尺寸,形狀就都是幾乎完美的球形。因為這時重量(表現(xiàn)為向心引力)和線度的比率極高,而巖石的強度并沒有變化,任何高聳的地方都會自己坍塌下來。 這種關系也影響到生物,導致很多有趣的現(xiàn)象。 動物的高度縮小一倍,重量就要減為8分之一,而關節(jié)表面積只減少為4分之一。也就是說單位面積的關節(jié)所承受的力就會減少一倍。1厘米高的生物,關節(jié)單位面積所受的壓力就是一米高的生物的一百分之一。所以螞蟻和蜘蛛的細腿可以支撐身體的重量。大象就要很粗的腿才能站住。犀牛和河馬的腿也很粗壯。長頸鹿又要夠高處的食物(脖子要長),又要跑得快以逃避野獸(腿也得長,而且不能太粗),就只能縮小軀干和四肢的比例以減輕重量,特別是縮短身長。所以長頸鹿的體型就只能是這個怪樣子。已經(jīng)絕滅的恐龍還要大,它們的腿也粗得多。地球上是不可能有幾百米高的動物的,即使食物供得上。光是重量就把它們自己壓垮了。 同樣,從人的大小到螞蟻的大小,體重迅速縮小,但肌肉橫切面的縮小的速度卻慢得多。所以螞蟻可以舉起比自己重100倍的物體,跳蚤可以跳比自己身高高100倍的高度,人就絕對做不到。大象根本就不能跳。就是人,小個子也比大個子靈活。 反過來說,如果把螞蟻按比例放到人那么大,那它就會有比人大得多的腦袋,細得多的脖子,再加一個巨型的“肚子”。它會連頭都抬不起來,更別說快跑了。 越大的鳥,翅膀與身體的比例越大。因為它們需要額外增加翅膀面積來部分抵消體重的迅速增加。 世界上的事物千姿百態(tài),生物更是變化萬端??此齐S心所欲,其實內(nèi)中都有規(guī)律在。一個簡單的幾何原理所導致的力學后果,卻影響到世界萬物的存在方式。我們越能看到事物表面現(xiàn)象后面的原因,我們對這個世界的理解就越深刻。