大猩猩

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TUhjnbcbe - 2023/8/23 20:40:00

前几年好莱坞有一部科幻影片《黑衣人》,一度曾风靡全球,相信很多人都曾看过。不知道大家还有没有印象,在这部影片的最后一幕,出现了一个很有意思的画面:镜头离地球越拉越远,转向行星、恒星和银河系,直到我们的整个宇宙变成了由巨型外星生物玩耍的游戏中的一颗小球。这一画面似乎在向人们传达一个古怪的科学概念:大宇宙中还有小宇宙、世界中还有世界、一个原子内可能有一整个宇宙,再或者我们的银河系可能是一个更大宇宙中的一个原子。

这看上去似乎很荒诞,但又似乎在情理之中,因为当今主宰我们世界的最重要的物理理论——量子理论,本身看起来就十分古怪。很多人喜欢拿我们的太阳系与原子中的原子核与电子做类比,认为原子内部就如同一个微型太阳系,原子核如同太阳,电子如同行星。表面看上去,这似乎并无违和感,但实际上这种观点仅仅是在普通人中流传,真正的物理学家从不会这样来类比,因为这要牵涉到一个重要的科学定律——标度律。

标度律又称为标度理论,是在总结、分析和归纳实验结果的基础上,提出某种物理量在不同情况下所满足的同一规律或者具有某种普适性。标度律适用的领域很宽泛,具体到物理学领域,标度律说明了当我们增加或缩小任何物体的物理量,物理定律都会发生剧烈的变化。使用标度律再看太阳系或者银河系与原子的类比,你会发现,一个充满星体的星系与一个原子毫无相似之处,为什么这么说呢?

在原子的内部,轨道上的电子与行星全然不同。我们知道,所有的行星都各不相同,没有物理量完全一样的行星存在,而且它们可以在距离母恒星任意距离的轨道上运行。然而,在原子中,所有的亚原子粒子都是一模一样的,而且它们无法在距离原子核的任意位置上运转,而是仅仅在离散轨道上运转。再者,电子还可以表现出违反常识的古怪行为,比如同一时刻出现在两个地点,另外它还具有波的性质,等等。所以,将太阳系或银河系看作是一个原子是没有科学依据的。

同样地,使用标度律去看一些科幻中的事物,就会发现错误百出。比如科幻电影中的“金刚”,如果“金刚”真的存在的话,它不会有能力让人们惊慌失措,因为,它的腿可能在它迈出一小步的时候就折断了。这是因为,如果一头大猩猩的体积增加10倍,那么它的体重增长倍数将会根据立方倍数而增加,即增加10*10*10=倍。因此,它将会比原来重倍。但是,骨骼和肌肉的横断面仅仅增加了体积增加倍数的平方倍数,即倍。也就是说,如果金刚比普通猩猩大10倍,体重将增加倍,但强壮程度至增加了倍,所以它根本连行走都不可能。这就是标度律要告诉我们的:你可以天马行空地想象,但并不一定科学。

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