哥斯拉怪兽真的存在吗？生物的大小取决于特定的数学关系
来源：“中国科普博览”公众号（ID：kepubolan）
作者：黄逸文
电影《头号玩家》自登录内地影院以来，随即风靡大江南北，以摧枯拉朽之势横扫影坛。带给我们无数惊喜和感动的好莱坞大导斯皮尔伯格给我们献上了最新的科幻电影大餐。影片中的大Boss变身机械哥斯拉，和维护心中信念的正义人群展开了如梦如幻的殊死搏斗。哥斯拉，无疑被斯导认为是能带来终极灾难的生物。人们在体会巨大的观影震撼之后，不由得心中窃喜，暗自庆幸没有出生在哥斯拉横行的时代。
《头号玩家》海报（图片来源于网络）
哥斯拉是传说中的古代巨型怪兽， 其原型最早可以追溯至1954年由日本东宝株式会社制作的电影。
在历史的长河中，哥斯拉真的存在过吗？或者说，作为一种生命体，它的极限究竟在哪里？是否在地球的某个角落、宇宙的某片区域，会有人们无法想象的生命，并以无法想象的巨大形式存在呢？
电影《哥斯拉》片段（图片来源于网络）
答案可能会让我们失望。生命也许有变化无穷的外表，也有色彩斑斓的形式，但却受到物理世界的制约，并不能无限长大、膨胀到随心所欲的地步。宇宙的种种规律，已经为生命体的大小划定了一条无法逾越的边界。事实上， 生物的尺度严格受制于特定的数学关系。
地球生物长成上古怪兽？动物没戏，植物有可能
考古学家发现， 曾经在地球上最大的动物是恐龙。 人们发现的最大恐龙是易碎双腔龙
易碎双腔龙（图片来源于网络）
原来，生命体每长高一倍，其身体的触地面积会增长4倍，它的体积会增长9倍。简单来说， 如果一个生命体无限扩张自己的体型，最终的结果就会导致它无法支撑自己庞大的身躯而倒下。
那么，水生动物的情况又如何呢？到目前为止，
人们发现的最大的海洋生物是蓝鲸，
其体长33米，体重181吨。由于浮力的作用，水生动物无需考虑站立的关系。然而，自然界却在其它地方为海洋里的生物套上了枷锁。众所周知，生命由细胞组成，细胞在新陈代谢中会产生热量。这些热量需要及时散发出去，才能维持体温的稳定。海洋生物往往是通过皮肤散热。
蓝鲸（图片来源于网络）
粗略地看，海洋生物的身长每增加一倍，细胞产生的热量会增加8倍，而通过皮肤散发出去的热量最多只能增加4倍。因此，即使浑身浸泡在海洋里，周围的水也能吸走体内散发的全部热量，过于庞大的身躯最终也会产生无法及时排出的热量而导致热损伤。因此 出于保护自身内脏的目的，海洋的环境也无法支持过于巨型哥斯拉的存在。
总体来说，动物在现有的物理条件下无法长成上古怪兽的体型，只有植物才有这种可能。事实上，
地球上唯一存在的超巨型生命体就是植物。
位于美国红山国家公园内的雪曼将军树就是世界上最大的树，一般其高度超过80米。
美国红山国家公园内的雪曼将军树（图片来源于网络）
地球上的植物也受到两种条件的制约，一是所处自然环境的营养物质的丰盈度，一是所在地区的阳光充沛度。体型巨大的植物无法像动物一样行走，其根本的原因也在于它们利用自然界资源的效率过低。一般的植物是通过光合作用和根部从土壤里吸取营养物质维持生命的新陈代谢。遗憾的是，这部分能量的获取根本不足以支持它来回走动。因此，为了维持巨大的体型，植物最稳妥的方式就是找到属于自己的土壤，然后安然地享受一方天地。
宇宙是“哥斯拉”的栖息地吗？
这样看来， 地球上不具备哥斯拉生存的条件。
我们所生活的宇宙，没有任何物质的运动速度能够超越光速。如果在某个黑暗角落里，真的存在着银河系一样的怪兽，它就会面临巨大的危险。
宇宙中存在着银河系一样的怪兽吗？（图片来源于网络）
生命体的构成是为了更有效地利用资源，作为一个整体能对外界的危险做出迅速、及时的反馈。以人为例，神经传导速度不会超过每秒200米，信息从大脑中枢传递到身体各处只需要毫秒级的时间。因此当人的身体和四肢受到外界刺激或者伤害时，大脑能够及时做出反应，让人远离险境。如果一个生命体的某部位遭受伤害，信息即使以光速传播，到达一个中心指令系统也需要若干年的时间，那么等到整体做出反应时，局部的身体可能已经不复存在。因此， 一个拥有天文尺度的怪兽在这个宇宙中也无法安全地生存下去。
那么，巨型怪兽是否会从另外一个维度的空间穿越过来呢？类似科幻小说里的降维攻击等等超现实手段是否会诞生人们无法想象的存在呢？遗憾的是，如果一个高维空间遵循着基本的物理定律，比如牛顿三大定律以及能量守恒定律，那么可以在理论上证明，这个空间里几乎不会有生命的存在。也因此， 存在于许多科幻小说里的高维生物，从科学的底层逻辑上来看，也有着先天的硬伤。
事实上，在一个超过三维的高维宇宙里，其行星的运动轨道将是极不稳定的系统。任何一点小小的扰动都会导致灾难性的后果。假如在某高维宇宙里存在着三颗彼此吸引的星球，类似地球、月亮和太阳彼此环绕运行，那么太阳的任何一点风吹草动都可能导致三颗行星的运动轨道崩塌，产生类似蝴蝶效应一样的灾难性后果。最后的结果就是，月亮可能会不顾一切地撞上地球，地球也会不可避免地扑向太阳。
很难想象，在一个没有稳定行星系统的高维宇宙里能存在着极度稳定的生命形态。因此，高维宇宙只能以极度的微观尺寸存在。一个激进的例子就是，当代物理学前沿分支弦论所预言的六维卡拉比-丘成桐空间，它就蜷缩在四维宇宙时空普朗克尺度以下的空间里。
钢铁哥斯拉怪兽？
那么，是否会存在重金属，比如钢铁组成的哥斯拉呢？如果一个生命体拥有钢筋铁骨，那么它的体型无疑会成长到影片中所塑造的形象，甚至更为惊悚。迄今为止，科学家们所发现的生命体都是由有机大分子组成。而只有化学性质极其稳定的碳和水才能提供组成有机大分子的环境和材料。 这就基本杜绝了钢铁哥斯拉怪兽的存在性。
因此，哥斯拉从来也不曾生活在我们熟悉的这片土地上，它的存在完全是基于人们对未知事物的恐惧和猜疑，激发人们对生命和灾难的敬畏。人们确实应该庆幸，这样的怪兽终究还是只能存在于大脑的幻想之中，世界终究还是对人们充满了善意的保护。
出品：科普中国
制作：中国科学院数学与系统科学研究院 黄逸文
监制：中国科学院计算机网络信息中心
本文来源于“中国科普博览”公众号（kepubolan），转载请注明公众号出处
“科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
本文由科普中国融合创作出品，转载请注明出处。
编辑：Aprilis
近期热门文章Top10
↓ 点击标题即可查看 ↓
1.
人类一思考，上帝就要忙疯掉……2.
原来，这些我们都默认科学家早已解决了的问题，至今仍然无解3.
理工科学霸的子女更易患自闭症4.
鸡蛋从高空坠落能砸死人，为什么猫却摔不死？科学告诉你答案5.
光学3分钟：从入门到放弃6.
光速为什么如此重要？7.
量子计算陷入难解困境，未来发展何去何从？8.
除了《时间简史》，关于霍金你还应该知道这些！9.
速速收藏！可乐竟然还有这些神奇的用途！10.
石墨烯研究的意外发现，是否能解开高温超导之谜
点此查看以往全部热门文章
- 滨州：刷爆朋友圈的八中受伤学生真的需要你的转发助力吗？
- 延迟退休真的要来了，繁重体力劳动者，还要干几年退休？
- Steam串流应用体验：这次手机真的也能流畅玩PC大作了！
- 男子加班回家没关门倒头就睡，邻居大婶路过，我真的控制不住自己
- 网上“惊世神作”、高考“零分作文”是真的吗？
- 仙洋爆料自己被打，巴扎黑欺人太甚：走着瞧，我真的忍无可忍了！
- 霍金预言2032是真的吗？小行星撞地球人类真的会灭亡吗？
- 在暗黑无界的宇宙中，如果人真的飘到太空中会发生什么事呢?
- 远古巨人的秘密，他们真的存在于地球上，但却不是地球人
- 不小心就会导致“过度喂养” 宝宝吃多了后果真的很严重