最后,我想从力学的奠基者——伽利略的代表作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》中摘录一部分内容,作为结尾。
萨尔维阿蒂:我们可以很容易地得出,不仅人类技术不可能无限增加他所创造出的物体的尺寸,就是大自然也无法做到这一点。比如,我们不可能建造出巨型的船只、宫殿以及庙宇,并且保证它们的桨、桅杆、梁或者铁箍,以及其他部分都可以牢固地维持自身的质量。此外,大自然也不可能存在巨型的树木,因为树上的枝干会在自己的重力作用下断落。同样的道理,也不可能存在巨型的人骨、马骨或者其他骨骼以维持自身的质量。如果动物的尺寸非常大,它们的骨骼就需要比一般的骨骼坚硬很多倍。否则的话,骨骼就应该有所变化,比如,在粗细上有相应的增加。但是这样的动物在构造和形状上,会让人觉得特别肥大。关于这一点,诗人阿利渥斯妥观察得非常敏锐,他在《狂暴的罗德兰》中这样描写巨人:
他高大的身材,使他的肢体变得非常粗,这让他看起来就像是个怪物。
图 向我们展示了这一比例关系:大骨头的长度是小骨头的3倍,但是它的粗度却要加大更多倍,才能像小骨头那样维持巨型身体的质量。如果巨人的巨型身体也保留普通人的肢体比例,就需要另一种材质的骨头。这种材质应该既轻便又坚固。否则,巨人身体的强度就会比普通人小得多。如果把尺寸加大,就可能使巨人的身体被自身质量压塌。反之,则是另一种情形。如果我们缩小身体的尺寸,身体(骨骼)的强度不但不会成比例减弱,还会相应地提高。比如,一只小狗完全可以背得动两三只同等大小的狗,但是,一匹马却不一定能够背得起一匹同样大小的马。
图 大骨头的长度是小骨头的3倍时,两根骨头粗细的比例示意图。
辛普利丘:我有足够的理由怀疑您刚才所说的这些话是否正确。我们都知道,鱼类中有很多都身躯巨大,比如,鲸鱼 。如果我没有记错的话,它的体积大概相当于10头巨象,但是它的身躯并没有被压坏啊!
萨尔维阿蒂:辛普利丘先生,您刚才的话提示我漏掉了一个条件。在这个条件下,巨人以及其他的巨型动物都可以生存,而且他们的行动力一点儿也不比体积小的动物差。这个条件就是:与其增加骨头的粗细和强度,不如减轻骨头的质量。其实,对于鱼类来说,大自然就采取了这一方法。而且,它不是把鱼类变得很轻,而是把鱼类的重力变没了。
辛普利丘:我知道您在说什么,萨尔维阿蒂先生。您是说,鱼类生活在水中,而水自身的浮力抵消了它里面的物体的重力,所以使得鱼类等在水里的重力消失了。在这种条件下,即便没有骨头的帮助,鱼类也可以承受自身的重力。但是,我觉得这还不够,因为虽然我们可以认为鱼类的骨头并没有起到承受其身体重力的作用,但是构成骨头的物质仍然有质量。您要如何证明那一根根像粗梁一样的鲸鱼肋骨没有任何重力,又要如何证明它不会沉到海里面去呢?按照您的说法,大自然中就不应该存在体型如此巨大的鲸鱼。
萨尔维阿蒂:我先问您一个问题,以便更好地反驳您的理论。在平静的死水中,您是否看到过既不下沉也不浮起、一动不动的鱼?
辛普利丘:我想所有人都看到过这一现象。
萨尔维阿蒂:这就是我要反驳您的证据:鱼可以停在水里面,一动不动。这一点正好说明了鱼类的整个身躯与水的比重是相等的。我们都知道,鱼的身体的某些部分是比水重的,那么我们就可以得出结论,肯定还有一些部分是比水轻的。因为只有这样,鱼才能保持平衡。如果骨头比水重,那么鱼肉或者它们其他的器官就可能比水轻。这些比较轻的部分平衡了骨头的重力。水生动物的情况正好跟陆生动物相反。对于陆生动物来说,它们是用骨头来承受骨头和肌肉重力的,而对于水生动物来说,它们除了用肌肉承受肌肉重力外,还要承受骨头的重力。所以,在水中,巨型动物可以生存下去,但是在陆上,这是根本无法实现的。
沙格列陀:我认为,萨尔维阿蒂先生的分析很正确,他刚才的问题以及关于这个问题的解答,是没有任何问题的。听了他的分析,我在想,如果我们把一条巨型鱼拖到岸上,那么它的骨头之间的联系很快就会断裂,它的整个身躯就会垮掉,它的生命根本维持不了多久。
1鲸是哺乳类动物,但在伽利略的时代,人们将鲸归为鱼类。