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他打破了体重决定药量的固有思维_大家知道丘吉尔,但你知道伊桑巴德是谁吗?让《规模》来告诉你

2024-05-09 00:21 来源:网络

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他打破了体重决定药量的固有思维_大家知道丘吉尔,但你知道伊桑巴德是谁吗?让《规模》来告诉你

大家知道丘吉尔,但你知道伊桑巴德是谁吗?让《规模》来告诉你

在开启今天的讨论前,让我们首先回顾电影《蚁人》的情节,你是否还记忆犹新,片中汽车、建筑等物体能瞬间增大或缩小数十甚至数百倍,仅涉及到的材料科学知识就已经十分深奥。为何这么说呢?待会你就明白了。

接下来我们将深入了解规模法则中尺度构建的原理。

然而,在伽利略的时代,他就已明确指出这是不可能实现的。为什么呢?他的理由在于,假如一个物体真的变大了,它的支撑部分,例如昆虫的腿,会立即断裂,使它们无法行动。这是因为我们设计的生物遵循线性比例的增长规律,从美术角度来看,就是通过线性比例将其放大,这样我们依然可以辨认得出那仍旧是蚊子。不过问题在于,蚊子的腿只能承受微小的自身体重,一旦其腿部长大,便无法支撑随之增大的体重。原因在于,长度是一次幂,面积则是二次幂,而体积是三次幂。因此,当你延长长度时,面积也需相应增加(这属于二次幂),而与重量相关的体积变化则呈三次幂增长。这就意味着它并非一个线性的、等比例的增长关系,而是一个超线性关系。

当我们想要判断哪个举重冠军更为强大,比如是重量级的冠军还是轻量级的冠军,该如何衡量呢?我们可以绘制一条曲线,横坐标表示他们的体重,纵坐标代表他们所能举起的力量。当然,需要用对数尺度来绘制(如101倍、102倍、103倍、104倍……这样的比例被称为对数),从而形成数量级关系。

你会发现在这张图上,举重冠军的体重与其能举起的重量几乎成一条斜线分布。个别情况下,会出现偏离这条斜线的情况,比如最重量级的冠军位于斜线下方一点,而中量级冠军则位于上方一点。那么,究竟哪位才是更为强大的呢?从绝对数值来看,无疑是重量级选手举得起更重的重量,但从力量利用率的角度看,却是那位超出自身极限更多的中量级冠军更胜一筹。这才是衡量个体强大与否的重要依据,而这与我们的直观感受恰恰相反。

人只有深入理解数量级的概念,才能更好地理解和把握社会与自然界的规律。

曾有人研究致幻剂LSD(麦角酸二乙胺)的剂量设定。他们在实验中发现给老鼠服用适量LSD会产生预期的效果。随后,他们试图将剂量扩大到大象身上进行测试。他们是如何换算剂量的呢?

这不是虚构的故事,而是确有其事。实验者测量了老鼠与大象的体重,按体重的比例计算出相应的剂量,然后直接将老鼠的剂量乘以体重倍数给大象服用。结果大象服药后立即死亡,原本应产生迷幻效果的LSD却使其中毒身亡。显然,体重与药物剂量之间的关系绝非简单的线性关系,而是一个非线性的关联。

如何打破这种规模效应的限制呢?假设我们硬是要制造一只像蚊子那样的大型生物该怎么办?答案就在于创新,具体包括两个方面:一是物质构成的创新;二是结构设计的创新。就像我们在建桥的时候,早期桥梁构造很简单,只需在两岸架设木头,铺设木板即可建成。然而,若要跨越长江建造一座大桥,没有任何单一木料结构能够承受住如此重负。于是,人们一度认为这座桥根本无法修建。直到有人发明斜拉索桥,这一结构设计的革新彻底改变了局面。

但如果我们要创造一个拥有细腿的大象,结构上不允许妥协,那么我们就只能从材料上下手。也就是说,大象的腿肯定不会是肌肉组织,而是采用钢筋混凝土。因此,我们在游乐园可以看到巨大的哥斯拉雕像,它的材质与人体完全不同,是由钢筋混凝土制成的。而要想创造出生物体那样的形态,几乎是不可能的事情。

在此插入一段科学史上的趣闻。2002年,BBC邀请英国人民评选出100位最伟大的英国人,不出意料,丘吉尔位居榜首。那么,第二名是谁呢?这个人名叫伊桑巴德,这个名字对我们来说可能相当陌生,但他在名单上的位置却在牛顿、霍金、莎士比亚、戴安娜王妃以及贝克汉姆等诸多知名英国人物之前。

这里引出了一个有趣的场景。稍后我会揭晓这个场景的内容,看看你们是否有相同的感触。伊桑巴德究竟是何许人也?他是一名杰出的工程师,其卓越之处在于揭示了规模效应的重要性。工业革命兴起后,人们学会了利用内燃机造船,船只需燃烧煤炭作为动力。起初,船只的体积并不大。

后来有人提议能否建造更大的轮船,许多船主对此持否定态度,理由是大轮船所需的燃料也会大大增加,若将燃料装满船舱,则会占据原本可用的空间,因此建造大轮船并无实际意义。

然而,伊桑巴德认为船舶吃水面积的增加与其承载能力的提升并不是简单的等比例关系,而是一种超线性缩放的关系,因为载货量的增加主要源于体积的变化。经过计算,他坚信一艘船越大,增加的燃料量并不会达到其体积的倍数,实际上要比体积增加的幅度小得多。因此,他倡导并实践了建造大型蒸汽船的理念。

这就是规模法则在经济领域的应用实例,其中包括斜拉索桥的设计,最早的斜拉索桥正是由伊桑巴德所创建的。他是一个深刻理解规模效应并付诸实践的人。

回到刚才提到的那个场景,我想说的是什么呢?近年来,我国取消了计划生育的基本国策,转而鼓励生育二孩或三孩,究其原因,我认为这正是伴随着我国国力的增强和社会需求的非线性增长,国家适时调整了相关政策,这难道不正是我国社会发展的一种体现吗?

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