永遠不會發生的事:萬物的尺度

From:廖仁滄

科幻電影裡面常會出現一些不可思議的場景,幻想漫畫中也不時會有匪夷所思的內容出現,獨角仙或是蟑螂一類的昆蟲因為遭到放射線物質照射或是被所謂的「放大燈」照過,體型會突然變成非常巨大,不就是體型如大象般巨大的生物被「縮小燈」照射,然後體型突然縮小,自然界生物的變大或縮小似乎總是刺激人們的無限想像。

問題是,這樣的事實會發生在現實生活中嗎?

昆蟲不像人類等脊椎動物在身體內部有構造紮實的內骨骼可以支撐身體的重量,牠們有堅硬的外骨骼保護體內柔弱的構造,這些外骨骼是由幾丁質構成,幾丁質雖然堅硬卻也限制的昆蟲體型的生長,造成現在生存在地球上的昆蟲體型與其他動物相比之下顯得嬌小,更何況昆蟲的構造類似於中空的管子,外層的支撐力會隨著直徑的增加而減弱,如果昆蟲體型突然變大,先不談厚重的外殼會造成牠們行動變緩慢,光是身體內部是否能承受外殼的重量都是問題,所以像獨角仙這樣的昆蟲因為外在因子突然變大應該只是人們的想像,實際上就算發生了,這樣的個體也無法存活很久。

縮小的大象則是另一個極端的例子,陸地上最大動物的象如果被縮小成跟老鼠一樣小,那麼身體內部熱能的保持就是很大的問題。動物熱量的發散與身體表面積成正比,重量也跟體積成正比,身體的熱能也跟體積成正比。表面積是長度的二次方,體積是長度的三次方,所以當大象的尺寸減少一半時,體積會成為原本的八分之一,表面積卻成為原來的四分之一,也就是說減少原本八分之一的熱能會由原本表面積四分之一的表面散失,這會讓被縮小的大象熱能散失的速度遠大於現生的大象,很快就失溫致死。

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