為什麼在人類的想法里,體型大的怪獸都是走的很慢,難道螞蟻看人類走路很慢嗎?


螞蟻只是覺得你腿長,並不覺得你腿擺動快。


多看動物世界,兔子跑什麼樣,大象跑什麼樣。小銀魚游泳什麼樣,藍鯨游泳什麼樣。越大體型的動作越緩慢,總體趨勢就是這樣。原因樓上的已經很多人提過了。

以及,大部分怪獸電影里,大怪獸只是動作頻率慢,可不是速度慢。除了主角,哪個人類都跑不過怪獸。


因為構成生物基礎的蛋白質,骨骼強度,神經細胞的性能不會隨著個體體積的增大而線性增大。

甲蟲自由落體著地,本身骨骼強度足以應付落地的衝擊力。

人摔個跟頭都有可能受傷。

而鯨離開水的浮力內臟會因承受不了自身重量而受傷。

所以,由於受肌肉力量和骨骼強度限制,越小的動物行動越靈敏,體型越大越遲緩。


我就先不說樓上高票回答的那些了,從最最最(重要的形容詞重複三遍)基本的限制入手,題主知道神經衝動是神經元內外正負電荷變化引起的吧。

一般情況下,神經衝動的傳遞速度在70-120m/s,而衝動通過一個突觸的時間約0.3~0.5ms.突觸間隙一般是20nm,我簡單的算一下,假設怪獸是丁丁星人,全身就是一根肉.棍,如下圖:

為了體現題主所說的巨大,我們設怪物身高600m(東方明珠468m),再假設這怪物神經大條,最短的神經就是腦袋直接連到腿上,那麼這根神經鏈就有近400米長。而人類最長的神經元軸突就有1米,所以粗略估計這根神經鏈至少有400個神經元組成,間隙就有400個,神經衝動通過間隙就需要120-200ms。還有,神經衝動在神經元上傳遞需要耗時400/70-400/120≈5.6-3.3s。

你看,怪獸光是想動一下腿,他就要等3.5-5.7秒,也就是說,怪獸心想,我的腳趾頭有點癢,我要動一下腳趾頭——

1秒

2秒

3秒

4秒

5秒

6秒,腳趾頭動了一下。

所以,如果有人開著飛機射了怪獸的腿一下,怪獸得等近6秒才會感受到疼,過半秒鐘才會叫出聲來…………這是怪獸的動作很笨拙,很遲鈍的第一個原因。

然後,再說第二個原因。

簡單的兩條公式

  • △Ek=-△Ep(或mgho+1/2m(v o)^2=mght+1/2m(v t)^2),這是機械能守恆公式,只描述重力做功。

  • F=ma,這是初中知識。意思就是要使一個物體改變狀態,需要對其施加一個力的作用,隨著物體的質量變大,要想保持同樣的加速度就需要提供更大的力,這也是相對論效應限制了靜止質量不為零的物質無法達到光速的原因,因為越接近光速物體質量越接近無窮大,要再繼續加速就得提供接近無窮大的能量——扯遠了。

設一個怪獸體重8萬噸(舊版哥斯拉的體重),每一步需要讓腿(估計重量16000噸)垂直抬起50米。忽略海拔高度對大氣密度的影響。

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評論區認為直接用動能定理計算摩擦所產生的內能太草率了,那我索性就展開來嚴密的計算一下好了,計算公式參考人行走的最少能量消耗的邁步角度分布 ,為了不引起版權紛爭,有興趣的可以直接點進鏈接查看推導過程,

設高為H,腿的張角為θ,怪獸行走的時間為Δt,怪獸的質量為m。

走的路長為S=V×Δt。

每步長為T=sqrt(2×(H/2)^2-cosθ×2×(H/2)^2)。

上下移動距離為△h=H/2×(1-cos(θ/2))。

上下移動損失的能量為E0=S/T×△h×m。

每一步所損失的生物能量E1=S/T×c(c為一常數)

總消耗能量為E=E1+E0=S×((△h×m)+c)/T=[((1-cos(θ/2))×S×m)/(sqrt2×sqrt(1-cos(θ)))]+S×c/(H/2)/(sqrt2×sqrt(1-cos(θ)))。

依次計算出上述步驟的結果,使張角θ從0取到180,便可得到一個關於消耗能量E的函數圖,得到一個最小值,即是本次實驗所求結果。

這裡取怪獸步長100米,可逆推得到張角θ約為19°,再假設怪獸每步損失生物能係數c和人類一樣,取c為10,怪獸要是想繞赤道走一圈(跟機器人一樣,只有兩條腿動,其他部分是棍子),4萬公里要走40萬步,代入數據,得能量E為2.123e16J(和原來的計算結果幾乎一樣)。

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1千克TNT炸藥爆炸時釋放的能量約為4.19兆焦,1千克鈾-235全部裂變時釋放的能量約為81.9太焦,千克鈈-239全部裂變時釋放的能量約為83.3太焦,都接近2萬噸TNT當量。1千克氘化鋰-6完全裂變釋放的能量約為260太焦,相當於約6萬噸TNT當量。

約等於4645983噸TNT爆炸產生的能量,而二戰時轟炸長崎的核彈小男孩當量為1.5萬噸,換句話說,它繞地球一圈,就要有309顆核彈在它體內炸掉,這還沒算它破壞公物,張牙舞爪,驚聲尖叫,眼放激光,旋轉跳躍和奧特曼打架呢。你說它哪來的能量,它哪來的能力加快行動的速度。如果體型巨大的怪獸和我們一樣快速移動,那麼光是克服空氣摩擦的功就會以冪指數上升,恐怕把人類所有的核武器全給它當能源都不夠它娛樂一次的。

所以不是我們人類覺得怪獸的速度慢,而是怪獸的行動速度真的很慢。

看到有回答認為螞蟻的眼中人類速度也很慢的,我只想說類比起來差不多但是不能一概而論,我可以舉出很多例子。比如螞蟻的神經遞質傳播速度和人類差不多,因此體型tiny的它們對刺激的反應自然要比人類快,所以它們(如果視力很好的話)對快的定義肯定和我們不一樣。在螞蟻的世界裡,對移動速度快的定義是很低的,人類的奔跑速度簡直就是超音速了好嗎——一秒8米和它們一秒8毫米之間相差了3個數量級,而它們對反應快的定義就很高了,人類用手去碾它們的速度在它們反應中覺得簡直如同龜速,很輕鬆就可以躲過去——我們的反應速度都是以秒為單位的,對一個動作的反應時間一般都是零點幾秒,而對螞蟻來說,對人的一個動作可能只需要幾微秒就反應過來了,只是因為移動速度太慢它們才躲不及。再看看蒼蠅,蒼蠅的移動速度和反應速度都快如閃電,在蒼蠅的眼中我們就和怪獸一樣緩慢,而在蚊子眼裡,我們的速度就很快,雖然它反應和螞蟻一樣神速,可是還是會被我們拍死。

而理論上怪獸的不管什麼速度都很慢。

p.s:除非它們神經傳導和一般生物不一樣,是神一般的光信號,那麼它們的反應速度就真是神速了,恐怕能看清超音速飛機飛行時的每一幀。然並卵,能量限定它們移動速度仍然很慢,在此情況下腦子裡恐怕已經繞地球跑一百多圈了,一條腿還沒抬起來。


我猜想,因為生物肢體截面面積正比於尺度的二次方,但是肢體轉動慣量正比於尺度的五次方。


幫題主理一下思緒,順帶理一下概念。

首先承認確實是體型大的物體行動慢,這裡的慢指的是頻率。

這一點可以從身邊的很多現象中發現,比如大象走一步的時間和螞蟻走一步的時間對比。最高票答案也把原理解釋清楚了,所以在此就不一一舉例了。

而題主說到的螞蟻看人走路也不覺得人走路慢,在此,「慢」指的是相同時間內發生的距離變化,也就是速度。實際上,人走路的頻率顯然沒有螞蟻快,然而能在相同時間內走的距離比螞蟻快是因為人腿相較螞蟻腿是絕對優勢。

這麼一看,其實題主也明白了,頻率和速度是不相等的兩個概念。而我們一般所說的「體型大的物體運動慢」通常指的是頻率上的快慢,而非速度上的,否則就會得出「恐龍運動頻率比人快」的結論,顯然不是嘛~

當然,排除奔跑的頻率和行走頻率的不對等比較⊙▽⊙

希望這樣能說清楚╰(*′︶`*)╯

至於那些扯到慣性、反射弧什麼的,簡直小題大做甚至胡扯……反正我是沒覺得這個問題有複雜到需要從生物學探討到物理學的……難道不會越講越混亂?!


首先,螞蟻看不見你的腿。

那幾個感光細胞的組合還沒有這麼高的功能。

另外,並不是越大越慢,豬跑的都比你快。

好吧,豬沒有比人大哪去。

那我保證你在非洲大草原上開車都跑不過大象。

地球上比人類跑的慢的大型動物可真不多。人家只是懶得跑而已。


題主是不是把速度頻率的快慢在這裡混淆了?

按頻率來說的話,由於揮動更長的肢體需要給予更強的角動量,自然統計上來說,體積越大的動物肢體擺動的頻率越低。

然而頻率快並不代表速度快啊,我人類跑1步的時間螞蟻也許可以跑10步,但是我1步跑動的距離螞蟻那小短腿可能要跑1000步,那麼跑步頻率螞蟻是比我高十倍,跑步速度是按路程除以時間,那麼我的速度就是螞蟻的100倍。


題主所謂的「體型大的怪獸都是走的很慢」,應該是指巨型生物的步頻低(如果有腿的話),但由於步距很大,移動速度還是很快的。

並且由於步距大,在人類眼中看來就顯得很笨拙,而產生了「走得很慢」的感覺。

所以在螞蟻眼中,人類「走得很慢」,雖然人類可以靈活而迅速把一大群螞蟻踩死。


昆蟲看來我們當然慢啊。首先任何生物都認為自己的速度是正常的,蟑螂一秒鐘能躥出去至少20個身位,相當於人類一秒鐘跑將近10米,還是初始起跑。在蟑螂眼裡你真的超慢啊!


好吧我們這麼來解釋:

就以邁出一條腿為例,一個1cm高的人,一個1m高的人,一個100m高的人,骨骼肌肉能提供的極限抗拉強度相同。

他們邁腿的動作理想化為單桿繞一端轉動,三者角速度一致。

那麼三者的腿體積分別相差1000000倍,由於同等材料,那麼質量相差1000000倍,慣性矩肯定遠大於1000000倍,那麼相同角速度角加速度,也就是肉眼看三個人邁腿的動作一致的話,這三個人大腿根部提供角加速度的彎矩值相差L^3倍這個量級,而單桿上下截面應力是除以面積矩也就是L^2倍,那麼大腿根部最大拉應力約等於相差100倍,也就是說100米高的巨人以同等速度邁腿,皮膚肌肉承擔的應力值要高出1m高的人運動所感受到的應力的100倍。

而人體材料並沒有給我們提供100倍的安全裕度供我們運動。

所以就是說:巨人如果以我們這個角速度邁腿,那他的胯骨的皮膚或者膝蓋會被撕裂,斷掉。因此他們必須降低角速度,注意這裡並不是降低速度,速度還是增加的,因為角速度降低的同時L增大了。

=============以上是力學角度,待更相似準則角度================


看到的快慢和真正的速度不一樣。它取決於單位時間物體運動對人所成的視角大小,與距離有關。

而人在說物體速度時通常以能看到物體全貌時為準,鑒於人眼最大視角為120度左右,也就是說我們說物體速度時的距離大概和物體線度在一個數量級上。

所以「人看到的速度」和「物體真實速度/物體線度」大概成一個正比的關係。這也是人眼看流星雨,看月亮太陽運動也覺得不是很快的原因。樓上說的動力學和心理學因素都不是最主要的。

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For further detail: Scaling Laws and the Speed of Animals


螞蟻的動作速度不知道比人快多少倍。


樓上都說得很好了 是受到慣性和線度的影響

我再補充一個 因為看怪獸的時候離得比較遠 離那麼遠看螞蟻的話(假如看得到) 應該會覺得更慢


(看了其它人的答案我甚至懷疑我的審題能力了……問題的第一句不是「在人類的想法里」么?況且按照那些物理帝的回答怪獸不應該是走得慢而應該是壓根走不動才對吧?)

題主想問的是,為什麼在我們人類的想像中,怪獸是慢吞吞的對吧。

如果讓你想像一隻五十米高的怪獸,它的動作很遲緩。那麼在你的想像中,它要花多久邁出一步呢?

然後想像一隻五百米高的怪獸。它會多久邁一步呢?

然後想像一隻五千米高的怪獸呢。

反正在我的想像中,全都差不多慢。差不多就是我對遲鈍的極限定義,一抬腿三四秒種的樣子。所以說我只是賦予怪獸一個「很慢」的特性,並沒有估計過什麼重力啦身體結構什麼的特性。

可是為什麼會覺得怪獸很慢呢?

因為我們日常所見的大型動物就是慢吞吞的啊。比如大象長頸鹿什麼的。

我先摘一段休謨的《人性論》關於想像的描述來提升一下我答案的逼格哈:

「在那些故事中,自然界完全被混淆起來了,所提到的無非是飛馬、火龍和可怖的巨人。這種幻想的自由也是不足為奇的,當我們想到我們的一切觀念都是由我們的印象復現而來,而且任何兩個印象都不是完全不可分開的。」

就是說我們的想像來自於我們的觀念,我們的經驗。當然這只是經驗主義的說法啦。

的確超過一定的體重之後,因為受到重力和身體結構的影響,它的行動速度會隨著體重的增加而減小。但是即便如此,大象奔跑的速度好像也有20千米每小時吧?它們平時懶洋洋的應該是為了節省能量。不管怎樣,總之就是給了我們一個走得很慢的印象。然後我們就自然而然地想,更大的怪獸走起路來就更慢了。而實際上那些怪獸那種生理構造,走不走得動路都是問題。

想像肉食類恐龍的時候倒是個例外,估計受到熒幕形象的影響了吧……或者可能本能地會把捕獵者想像地快速一些?反正很多恐龍都跑不過人類。當然穿高跟鞋的女士還是跑得過的……

至於螞蟻是怎麼看人類的……人類的速度明顯比螞蟻快,雖然邁腿邁得慢了點兒,但走起路來也是呼呼的,所以應該…呃…是一個敏捷且巨大的邪惡Boss,比如這樣的


我覺得題主沒有真正理解頻率和速度這兩個概念……


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