物理解說之縮小人生

【摘? 要】我們生活中會經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》等許許多多關于人類放大縮小的電影題材。小說類有劉慈欣的《微紀元》等，人們對放大縮小的好奇從未停止，在網絡上也經常有人探討此類型的問題。本文就以物理力學角度來探討當一個人縮小之后所感受的世界模樣。

【關鍵詞】物理解說;縮小人生

在網絡上搜索，世界上力氣最大的生物是什么，螞蟻赫然在列。這是由于根據力學家測定，一只螞蟻能夠舉起超過自身體重400倍的東西，甚至能夠拖動自身體重1700倍重量的東西，儼然一個超級“大力士”。還有甚者說，根據“科學家”作的研究，螞蟻腿部肌肉是一臺超高效率的“發動機”，能夠使得螞蟻產生如此超凡脫俗的力量。

這不禁讓人感到疑惑，究竟我們人類和螞蟻對比，到底誰才是高級生物，要知道我們人類通常情況下能舉起自身體重的重量就已經算不錯了。對比螞蟻那“恐怖”的力量，真是讓人感到自慚形穢。由此出現了眾多紛紜的說法，例如，螞蟻要是能夠長到我們人類大小，那么統治地球的絕對是這種大“螞蟻”，想象一下一只人類大小的螞蟻，舉起數十噸的物體向你丟過來。這個時候，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，這是一個天大的誤解，也是我們常人犯的一些直觀印象想當然的錯誤。作為一個人類要有自信，我們作為地球上的統治者，最高等的動物。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，我們人類依然會是地球的統治者，甚至能夠活的更加輕松。

首先先來探討下一個最常見的誤區，那就是當我們人類縮小到螞蟻大小，不會只是單單的縮小。那時候，我們也將變身成一個個超級“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，而是根據現有物理力學規則可以直接推導出來的。

那么先來解釋下為什么，縮小后的人類為什么能夠舉起自身體重數百倍重量的物體。舉個例子，我們手里有兩根材質相同繩子，其中一根長1米，粗1厘米，重1kg，能夠拉起1000千克的物體。第二根長0.1米，粗0.1厘米。那么現在問題來了，第二根繩子應該有多重，能夠拉起多重的物體，請仔細思考。

現在來揭曉答案，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系，繩子細了100倍，因此能拉起10千克重的物體。換個方向看，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，這個時候你能夠說1克重的繩子比1千克重的繩子質量好十倍么？當然是不行的。仔細想其中的道理，原因是因為一繩子能拉起多重的物體，跟繩子多長是沒有任何關系的，只跟繩子的粗細有關，同理，一個物體的受力大小只與該物體的受力橫截面有關。

再來看看人縮小到螞蟻大小的情況，一個身高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，那么此時體重將僅有0.07克，由于力量只和受力橫截面相關，而受理橫截面并不是于體積等比例縮小的，此時只縮小10000倍，因此此時他的舉力為7克。那么舉力與此時縮小人的體重作對比，你會發現，這個時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，那么這個力量與質量的比值比例就越明顯放大。

現在來代入這個被縮小100倍的人類視角，此時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，此時的他不論從多高的高度摔下來都不會遭受任何傷害，在他的眼中，世界仿佛放慢了整整100倍，同時地球對他的重力也縮小了100倍一般。在地上行走之時，最好換上攀巖設備，在地表以攀巖的狀態行走，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，在空中可不好轉向。

現在來逐句討論縮小人的感官現象，蹬腿一躍，就跳到了“幾十米”的高度，這是由于相對此時的人來說，就好像自身的力量大了整整百倍，一個人跳的多高，取決于在跳起來時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，意思是力量與質量的比值越大，加速度越大。我們已經知道，縮小百倍之后的人，力量縮小了1萬倍，但質量卻縮小了100萬倍，此時力量與質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（其實是幾十厘米，之時對縮小人來說就像幾十米）。

此時的他不論從多高的高度摔下來都不會遭受任何傷害，在生活中會看到一個現象，越小的東西似乎越堅固耐摔，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，即便在巨石底下，放足夠的泥土來作緩沖，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。在作加速運動時也會變得更明顯，因此，越大的物體，運動時就越“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，就有可能永遠站不起，而我們就從來沒見到過摔死的螞蟻。同時受到地球空氣阻力的影響，越小的物體下落時它的極限下墜速度越低，例如從高空墜落下來的貓，就不容易倍摔死， 因此受到這兩個因素的共同影響，縮小百倍的人無論從多高摔下，都不會遭受任何傷害。

生活中還有許許多多類似的現象，只要用心觀察，換個視角，這種現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，一個生物對時間的感知是會隨著變大變小而改變的，越小的生物反應越快，越大的生物反應越遲鈍，其實這點并不僅僅局限在生物層面上，在非生物之上也是成立。越小的動物越靈活，越小的玩具越靈活，越小的人也是。除了上面力學上的原因，另外一個就是越小生物，相同的結構，從神經傳導速度看，由于神經傳導速度不變，那么越小的生物傳導所需要的路程就越短，因此就能作出更快的反應速度。同時大腦就像電腦CPU芯片一樣，越小越精細者計算速率就越高，一個正常人腦子中轉了一圈的想法，在縮小人腦海里相同的事已經轉了一百圈。因此可以大膽作出推斷，在他的眼中，整個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，反應更快。籃球運動員姚明，肌肉練得再強壯，就是跑不過艾弗森，打不了后衛。蜜蜂可以每秒轉向數十次，震動翅膀數百次，貓咪的反應速度是人類的十倍等等。繼續思考身邊的例子。

同時地球對他的重力也縮小了100倍一般。身邊的這是通過上面幾點共同推導出來的感官。一個人類，在正常情況下，如何能舉起原本一百倍的重量？如何能夠一躍數十米高？答案是，只要地球對你的重力縮小一百倍，那么你就能完美的達到上述兩點。

我們再結合一個思維實驗，你就是這個縮小的人，此時的你站在一個高度為一米的電腦桌上，往下跳。這個電腦桌對縮小的你而言，看上去就是一個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秒的時間就落到了地上。但是在你自己的視角中，由于時間感覺被放慢了一百倍，你會感覺花了整整“45秒”的時間，才落到了“100米”的地上。那么代入自由落體公式 h=1/2gt2，計算得出重力加速度g約為0.1m/s2 。仿佛重力小了整整百倍，再結合上面的力量與彈跳，完美結合代入。（題外話，在這種情況下，真空光速對你來說依然是30萬“千米”每“秒”哦，光速恒定真是意外的堅挺）

驚奇的“發現”，雖然我們共同生存在同一個星球，看似同樣的環境。 但越小的生物，他們生存的環境看似更優越。更小的重力感，更敏銳的時間感，更加堅硬耐摔的身體，代表著相對的“更強，更快，更硬”還有由于自身消耗的減少導致的相對“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（體積縮小百萬倍）。那么只要我們點開了科技樹，依然會是地球的統治者，甚至能夠活的更加輕松百倍，這是一個何等波瀾壯闊的世界。

一個大了百萬倍的世界，一個個“力大無比，銅皮鐵骨，反應靈敏，輕功高絕的武林高手”持槍打螞蟻，開著“戰斗機”打飛禽，開著“坦克”對巨獸，建造“萬米”帝國大廈城，在城中飛檐走壁，“萬米”大的空中移動要塞（飛機），不帶降落傘的高空蹦極，數萬米的超級巨輪（遠洋漁船）出海捕魚，面對海中各類超級巨獸，我們操控著巨大機械與其斗智斗勇。數千米的鯤（鯨），數百米的金槍巨獸（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，一個比動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。

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