如果一个物体的边长增长至原来的10倍,且保持性状或构成成份不变,它的面积(及强度)就会增长到原来的100倍,它的体积(及重量)就会增长至原来的1000倍。与之相类似的连续的10次幂被称作数量级。通常以简化的10¹、10²、10³等表示。用数量级表达上述观点就是,如果长度每增加至原来的1个数量级,面积和强度就增加至原来的2个数量级的倍数,体积和重量就增加至原来的3个数量级的倍数。
也可以导出,如果面积每增加至原来的1个数量级的倍数,体积就增加至原来的3/2(即1.5)个数量级。强度和重量之间也有类似的关系,如果强度增加至原来的1个数量级的倍数,其可以支撑的重量就增加至原来的1.5个数量级。相反,重量每增长至原来的1个数量级的倍数,强度增长到原来的2/3个数量级的倍数。这就是非线性关系的基本表现。
这个比例缩放模型可以用来思考很多现实问题。比如,在不同体重级别的举重比赛中,最大力量如何随体重的变化而按比例变化。
一个经典的案例,就是早期对LSD在人体中的潜在疗效的研究。除了精神病学领域外,其他人对该药物几乎一无所知,当时没有人知道LSD的安全剂量。尽管它尚未广为人知,但是人们知道,即使是不到0.25毫克剂量的LSD也会使人陷入幻觉。对猫来说,LSD的安全剂量是每千克体重0.1毫克。研究人员选择后面的数字来估算给大象的LSD剂量。大象的体重约为3000千克,因此,他们预计,根据已知对猫的安全剂量,对大象的适当剂量应该是每千克0.1毫克乘以3000千克,即300毫克的LSD。他们实际的注射量是297毫克,当然你可以猜想到最终结果是戏剧性和灾难性的。
药物剂量应该如何从一种动物身上按比例缩放到另一种动物身上,这是个开放性的问题,在其中涉及的诸多因素中,代谢率扮演着重要的角色,由此一来,决定剂量的因素在很大程度上受制于一个生物体的表面积,而非其体积或重量。
所以我们也应该熟知药物剂量应该如何随体重变化而按比例变化。我们都遇到过发烧、感冒等异常情况。每种药的标签上也都有一个小表格,显示不同年龄和体重应该使用多大剂量。例如,对一个6磅重的婴儿来说,推荐剂量是40毫克,而对36磅重的婴儿推荐剂量是多少呢?如果遵照非线性的2/3次幂规模法则,后者的剂量应该只是前者的6的⅔次幂≈3.3倍,即132毫克。
很多时候的线性思维方式并不是正确的,通过分析思考,我们可以得出科学的结论。
上述内容摘自《规模》一书,仅供学习参考。