哥斯拉怪獸真的存在嗎？生物的大小取決於特定的數學關係

出品：科普中國

製作：中國科學院數學與系統科學研究院 黃逸文

監製：中國科學院計算機網路信息中心

電影《頭號玩家》自登錄內地影院以來，隨即風靡大江南北，以摧枯拉朽之勢橫掃影壇。帶給我們無數驚喜和感動的好萊塢大導斯皮爾伯格給我們獻上了最新的科幻電影大餐。影片中的大Boss變身機械哥斯拉，和維護心中信念的正義人群展開了如夢如幻的殊死搏鬥。哥斯拉，無疑被斯導認為是能帶來終極災難的生物。人們在體會巨大的觀影震撼之後，不由得心中竊喜，暗自慶幸沒有出生在哥斯拉橫行的時代。

《頭號玩家》海報（圖片來源於網路）

哥斯拉是傳說中的古代巨型怪獸，其原型最早可以追溯至1954年由日本東寶株式會社製作的電影。在該片中，哥斯拉誕生於被輻射污染的海域，是一隻巨型恐龍的變異體。此後，它逐漸成為電影、動畫和漫畫的怪獸原型。哥斯拉的每一次出現，都伴隨著人類的巨大災難，其暴虐、狂躁、野蠻、霸道的外表形象給觀影者帶來巨大的心理恐懼和衝擊。自其誕生以來，哥斯拉已經成為災難的代名詞。

在歷史的長河中，哥斯拉真的存在過嗎？或者說，作為一種生命體，它的極限究竟在哪裡？是否在地球的某個角落、宇宙的某片區域，會有人們無法想像的生命，並以無法想像的巨大形式存在呢？

電影《哥斯拉》片段（圖片來源於網路）

答案可能會讓我們失望。生命也許有變化無窮的外表，也有色彩斑斕的形式，但卻受到物理世界的制約，並不能無限長大、膨脹到隨心所欲的地步。宇宙的種種規律，已經為生命體的大小劃定了一條無法逾越的邊界。事實上，生物的尺度嚴格受制於特定的數學關係。

地球生物長成上古怪獸？動物沒戲，植物有可能

考古學家發現，曾經在地球上最大的動物是恐龍。生活在2億年前的巨型生物一度成為這個星球的霸主。根據出土的恐龍化石，人們發現的最大恐龍是易碎雙腔龍，最長可達80米，體重220噸，身高在14米到16米之間。很明顯，這樣的個頭與哥斯拉比起來就是螞蟻和人的差距。為什麼地球上的陸生生命遠遠無法達到哥斯拉級別呢？

易碎雙腔龍（圖片來源於網路）

原來，生命體每長高一倍，其身體的觸地面積會增長4倍，它的體積會增長9倍。簡單來說，如果一個生命體無限擴張自己的體型，最終的結果就會導致它無法支撐自己龐大的身軀而倒下。這就是自然界為生物劃定的生存區域。也正因為如此，哥斯拉會因為過於龐大的身體而無法站立，最終無法呈現影片中巨大威猛的形象。

那麼，水生動物的情況又如何呢？到目前為止，人們發現的最大的海洋生物是藍鯨，其體長33米，體重181噸。由於浮力的作用，水生動物無需考慮站立的關係。然而，自然界卻在其它地方為海洋里的生物套上了枷鎖。眾所周知，生命由細胞組成，細胞在新陳代謝中會產生熱量。這些熱量需要及時散發出去，才能維持體溫的穩定。海洋生物往往是通過皮膚散熱。

藍鯨（圖片來源於網路）

粗略地看，海洋生物的身長每增加一倍，細胞產生的熱量會增加8倍，而通過皮膚散發出去的熱量最多只能增加4倍。因此，即使渾身浸泡在海洋里，周圍的水也能吸走體內散發的全部熱量，過於龐大的身軀最終也會產生無法及時排出的熱量而導致熱損傷。因此出於保護自身內髒的目的，海洋的環境也無法支持過於巨型哥斯拉的存在。

總體來說，動物在現有的物理條件下無法長成上古怪獸的體型，只有植物才有這種可能。事實上，地球上唯一存在的超巨型生命體就是植物。位於美國紅山國家公園內的雪曼將軍樹就是世界上最大的樹，一般其高度超過80米。

美國紅山國家公園內的雪曼將軍樹（圖片來源於網路）

地球上的植物也受到兩種條件的制約，一是所處自然環境的營養物質的豐盈度，一是所在地區的陽光充沛度。體型巨大的植物無法像動物一樣行走，其根本的原因也在於它們利用自然界資源的效率過低。一般的植物是通過光合作用和根部從土壤里吸取營養物質維持生命的新陳代謝。遺憾的是，這部分能量的獲取根本不足以支持它來回走動。因此，為了維持巨大的體型，植物最穩妥的方式就是找到屬於自己的土壤，然後安然地享受一方天地。

宇宙是"哥斯拉"的棲息地嗎？

這樣看來，地球上不具備哥斯拉生存的條件。如果我們把目光投射到廣袤浩瀚的宇宙呢？是否在宇宙的某個黑暗的深處，存在著超乎想像的巨型怪物呢？雖然目前人們無法觀測到這樣的生命奇蹟，但是人們有理由相信，不會存在天文級別的生命怪獸，比如銀河系一樣大的生物。

我們所生活的宇宙，沒有任何物質的運動速度能夠超越光速。如果在某個黑暗角落裡，真的存在著銀河系一樣的怪獸，它就會面臨巨大的危險。

宇宙中存在著銀河系一樣的怪獸嗎？（圖片來源於網路）

生命體的構成是為了更有效地利用資源，作為一個整體能對外界的危險做出迅速、及時的反饋。以人為例，神經傳導速度不會超過每秒200米，信息從大腦中樞傳遞到身體各處只需要毫秒級的時間。因此當人的身體和四肢受到外界刺激或者傷害時，大腦能夠及時做出反應，讓人遠離險境。如果一個生命體的某部位遭受傷害，信息即使以光速傳播，到達一個中心指令系統也需要若干年的時間，那麼等到整體做出反應時，局部的身體可能已經不復存在。因此，一個擁有天文尺度的怪獸在這個宇宙中也無法安全地生存下去。

那麼，巨型怪獸是否會從另外一個維度的空間穿越過來呢？類似科幻小說里的降維攻擊等等超現實手段是否會誕生人們無法想像的存在呢？遺憾的是，如果一個高維空間遵循著基本的物理定律，比如牛頓三大定律以及能量守恆定律，那麼可以在理論上證明，這個空間里幾乎不會有生命的存在。也因此，存在於許多科幻小說里的高維生物，從科學的底層邏輯上來看，也有著先天的硬傷。

事實上，在一個超過三維的高維宇宙里，其行星的運動軌道將是極不穩定的系統。任何一點小小的擾動都會導致災難性的後果。假如在某高維宇宙里存在著三顆彼此吸引的星球，類似地球、月亮和太陽彼此環繞運行，那麼太陽的任何一點風吹草動都可能導致三顆行星的運動軌道崩塌，產生類似蝴蝶效應一樣的災難性後果。最後的結果就是，月亮可能會不顧一切地撞上地球，地球也會不可避免地撲向太陽。

很難想像，在一個沒有穩定行星系統的高維宇宙里能存在著極度穩定的生命形態。因此，高維宇宙只能以極度的微觀尺寸存在。一個激進的例子就是，當代物理學前沿分支弦論所預言的六維卡拉比-丘成桐空間，它就蜷縮在四維宇宙時空普朗克尺度以下的空間里。

鋼鐵哥斯拉怪獸？

那麼，是否會存在重金屬，比如鋼鐵組成的哥斯拉呢？如果一個生命體擁有鋼筋鐵骨，那麼它的體型無疑會成長到影片中所塑造的形象，甚至更為驚悚。迄今為止，科學家們所發現的生命體都是由有機大分子組成。而只有化學性質極其穩定的碳和水才能提供組成有機大分子的環境和材料。這就基本杜絕了鋼鐵哥斯拉怪獸的存在性。

因此，哥斯拉從來也不曾生活在我們熟悉的這片土地上，它的存在完全是基於人們對未知事物的恐懼和猜疑，激發人們對生命和災難的敬畏。人們確實應該慶幸，這樣的怪獸終究還是只能存在於大腦的幻想之中，世界終究還是對人們充滿了善意的保護。

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