巨人能有多巨大?

在电脑上,我们可以对一个矢量图形进行等比例放大和缩小,图形不会失真。比如说,我们可以对一个三维矢量人物模型进行放大,使其填满整个屏幕。理论上讲,屏幕像素有多少,人物就可以有多大。如果在现实世界中对人物进行同样的操作,人体能被无限拉长到占据整个物理空间吗?


一个直观的回答是不行。人体需要食物来维持生存,人的身高、体重越大,需要的食物就越多,而食物总是有限的,所以人的身高和体重一定有个上限。问题在于,随着身高增大、体重增加,这个上限会在什么时候以何种形式出现。


1920年的诺贝尔奖得主、丹麦生理学家奥格斯特·克罗(August Krogh)研究了氧气是如何扩散到所有细胞,维持细胞的正常活动,他意识到氧气扩散距离是有限的。也就是说,如果人变得太大,身体的部分细胞就会因为缺氧而无法维持正常活动。据此,有人计算得出动物的体重最多只能有100多吨,差不多就是世界上最大的哺乳动物蓝鲸的体重。


我们以人类身高1.7m,体重60kg为标准计算,如果体重达到100吨,身高需要达到多少呢?这里需要明确的是,身高的增长与体重的增长是不成比例的,体重增长是身高增长的3次方,也就是说身高增长2倍,体重会增长到原来的8倍。


道理非常简单。我们以棱长为1m,体积为1m³的立方体为例,当棱长增长到2m时,体积就会增长到8m³,棱长增长2倍,体积增长8倍。一维的长度,二维的面积,三维的体积,三者是幂次关系。人的身高相当于一维的长度,又因为体重与体积成比例,所以体重的变化也是身高变化的3次方。


好了,明白了体重与身高的关系,经过计算我们能够得出100吨体重的人,其身高大致为20m(1.7x开3次方(100x1000/60))。于是,我们有了一个极限身高20m,超过这个身高后,人体就会因为氧气输送能力不足而崩坏。


但是,这个20m的身高还有个问题需要考虑。要知道,蓝鲸能支撑100吨的体重,是因为它生活在深海,能够利用海水的浮力托起沉重的身躯。而人不一样,100吨的体重只能靠人自身的骨骼支撑起来。那么,20m身高的人能够支撑起100吨的体重吗?


我们不妨拿举重的世界纪录做个参照。一个人能够举起的重量,顶多也就是体重的3倍(60kg体重挺举175公斤)。我们往大了算,假设人体能够承受的重量是体重的5倍。那么,一个身高1.7米,体重60kg的人最多能支撑的体重为300kg。超过这个数,身体的骨骼就会因为承受不住自身体重的压力而垮掉。我们还知道,骨骼的支撑能力是由骨骼的横截面积决定的,所以它与身高的平方成比例。于是我们可以得到一个“极限指数”,这个数值大约是100(300/1.7²),表示的是人体的结构与能够支撑的重量之间的关系。只有当体重与身高的平方比(也就是我们俗知的BMI指数)小于100时,人体才不会被自身重量压垮。


据此,我们可以判断20m的身高是无法支撑得起100吨的体重的,因为此时的BMI指数为250,远远超过100的极限。经过计算可得,当身高为8.5m时,体重为7500kg,此时的BMI指数差不多就是100。所以,人体能够支持的极限身高大约就是8.5m,再巨大的巨人也不能比这还大了。


最后要说明的是,这里只是提供一个解题思路,为了方便计算,参考数据的选择有点随意,别太当真。

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