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时空中的生物
(2005-11-27 00:50:39)| 分类： 原创·专题 |
时空中的生物
刘县书
人类天性好大，谓之夸张。
“北冥有鱼，其名为鲲。鲲之大，不知其几千里也。化而为鸟，其名为鹏。鹏之背，不知其几千里也。怒而飞，其翼若垂天之云。”（《庄子》）
这是生物形体大小，即空间上的夸张。
看看电影《绿巨人》中的绿巨人、《非凡绅士联盟》中的海德博士和他的变身药水、《天空上尉与明日世界》中的巨型机器人、《格列佛游记》中的大人国，你就能体会到人们心中好大的幻想。
在人们看来，大似乎意味着力量、强大、无所不能。
但其实大东西有自己的苦恼。生物的大小有不可逾越的上限。
《格列佛游记》中大人国的巨人们身高60英尺，如果他们的骨骼和肌肉与我们的材料差不多的话，他们站都站不起来，将被自己的体重压垮。
在《圆的历史：数学推理与物理宇宙》中，泽布罗夫斯基做了简化的计算证明这一点。只运用数学知识推理就够了：60英尺高的巨人身高为普通人（假设身高为6英尺，约1.8米）的10倍，假设密度相当，巨人身体体积为普通人的1000倍，因此体重当为普通人的1000倍，但骨骼能承受的力量与其截面积成正比，按比例放大的话，巨人骨骼的截面积仅为普通人的100倍——因此，他们巨大的身躯将成为他们生命中无法承受之重。
所以，鲸鱼、恐龙这些大家伙其实活得不轻松。鲸鱼本是呼吸空气的哺乳动物，不是鱼类，但它们搁浅在沙滩上会死掉，因为失去浮力的帮助，它们扩张肺部进行每一次呼吸都变得无比吃力。
庞大的身体带来的不仅仅是体重的麻烦，还有心血管系统、神经系统、运动等多方面的问题。
因为要将血液输送到高高的头部，所以长颈鹿都是“高血压患者”。神经信号在神经纤维中的传递速度是有限的，约为每秒100米，大个子看起来总比小个子迟钝一些，与此不无关系。你不能将姚明的灵活程度与纳什相比，那不公平。而在电影中，绿巨人HULK竟然能躲过飞弹，真是一个奇迹。
回想一下自己有时挠痒挠不着的痛苦，我对河马、犀牛这样的动物真是十分同情啊。它们不会用“老头乐”，不懂得发明除虫剂，蚊虫整日骚扰，痛苦挥之不去。好在有时会有鸟友帮忙。如果大象没进化出长鼻子，它们可能全痛苦地自杀了。
植物的大小也有限度，现实世界的树长不到天上去。有人估计，根据树干内部向上输送水分和盐分的最大距离，地球上的树木理论上最高只能长到100多米。
与身形大小相关的一个有趣领域是这种生物的感知尺度和活动半径。
我对河马、犀牛的同情必须考虑到另一个因素，那就是普通的蚊虫叮咬对它们来说算不了什么，因为它们皮糙肉厚，没有人类那么敏感、娇嫩。这就与感知尺度有关。
“蜩与学鸠笑之（指鹏）曰：‘我决起而飞，抢榆枋，时则不至而控于地而已矣，奚以之九万里而南为？’”（《庄子》）
飞行生物的活动半径与身体大小（比如翼展）有什么样的比例关系吗？
而活动半径与生物可能占有的资源量相关。庄子说过：“适莽苍者，三餐而反，腹犹果然；适百里者，宿舂粮；适千里者，三月聚粮。”
人类肉眼能辨认的最小尺寸约为0.1毫米，最大尺寸呢？人能看到的最大尺度是否无边无际？其实不然。这个数值与人这种生物可能占据的时间尺度有关。简言之，一个人理论上能看到的范围与他的寿命及光速有关。
爱因斯坦之后，物理学世界中空间与时间便纠缠在了一起，不同的璀璨景观展开于不同的时空尺度，而其实，在生物学中时间与空间的关系仍有许多秘密未被揭示。
仍然想到庄子：“朝菌不知晦朔，蟪蛄不知春秋，此小年也。楚之南有冥灵者，以五百岁为春，五百岁为秋；上古有大椿者，以八千岁为春，八千岁为秋。”
龟虽寿，移动迟缓，大椿长久，干脆不动。树的特别在于，它以光为食，阳光来自亿万公里外的太阳。
从占有的时空和感知的时空尺度来看，人类是最奇异的生物。在自然条件下，我们寿命只有百岁，我们眼睛能看到的最小尺度为0.1毫米，耳朵能分辨的最短时间间隔为0.1秒，百米成绩不可能快于8秒，我们一生能破万卷书、行万里路已属幸运，如中国古人所言，我们躺下来所需要的空间不过3尺，一日不过三餐，但我们通过外物提升自己时空半径的追求从未停步。
我们思考、体察和操纵的时空尺度不断向更大与更小的两个方向延伸。
刘县书
“北冥有鱼，其名为鲲。鲲之大，不知其几千里也。化而为鸟，其名为鹏。鹏之背，不知其几千里也。怒而飞，其翼若垂天之云。”（《庄子》）
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