Это убило бы Кинг-Конга быстрее, чем пули? Закон, которому подчиняются все живые существа

Закон квадрата-куба, сформулированный Галилеем в 1638 году, объясняет, как изменяются пропорции объектов при увеличении их размера. Он гласит: если размеры тела увеличиваются в X раз, то его площадь возрастает в X² раз, а объем (и, соответственно, масса) — в X³ раз. Это простое математическое правило определяет, почему слоны не прыгают, пауки могут ходить по стенам, а фантазии о гигантских муравьях остаются только в кино.

Почему этот закон важен

На первый взгляд, это просто математическая формула, но она объясняет фундаментальные ограничения роста животных, архитектуры, технологий и даже научной фантастики.

"Все живые существа ограничены физическими законами масштабирования. Удвоение размера требует больше, чем удвоение силы, чтобы поддерживать структуру", — объясняет физик Джеффри Вест, автор книги Scale.

Давайте рассмотрим, как это работает в природе.

Гигантские животные: почему они не могут двигаться как маленькие

Рассмотрим слона и антилопу. У антилопы лёгкое тело, длинные тонкие ноги, и она легко прыгает. Но слон, несмотря на сильные мышцы, не может оторвать все четыре лапы от земли одновременно — его кости и суставы просто не выдержат такой нагрузки.

При увеличении размера:

• Масса слона увеличивается в кубе (например, в 8 раз при удвоении размеров).
• Но площадь поперечного сечения его костей — только в квадрате (в 4 раза).
• В итоге нагрузка на кости растёт быстрее, чем их способность её выдерживать.

Это объясняет, почему у крупных животных толстые, колоннообразные ноги, а не стройные, как у газелей.

Почему насекомые не могут быть огромными

Фильмы вроде "Звёздный десант" или "Тарзан" показывают гигантских насекомых, но в реальности это невозможно. Проблема в следующем:

1. Кислородное дыхание. У насекомых нет лёгких, они дышат через крошечные трубочки (трахеи), которые пассивно доставляют кислород. Если бы муравей стал размером с собаку, кислорода просто не хватило бы, чтобы снабжать его внутренние органы.
2. Прочность панциря. Экзоскелеты насекомых работают в маленьком масштабе, но если увеличить их в 10 раз, они станут слишком тяжёлыми и хрупкими. Тонкий хитиновый панцирь сломался бы под собственным весом.
3. Проблемы с передвижением. Маленький муравей легко поднимает вес, превышающий его массу в десятки раз. Но если бы он вырос до человеческих размеров, его мускулы оказались бы слишком слабыми для такого тела.

"Если бы муравей стал размером с человека, он просто не смог бы ходить. Его ноги согнулись бы под его собственным весом", — отмечает биолог Джеймс Гоулд из Принстонского университета.

Почему пауки могут ходить по стенам, а люди — нет

Маленький геккон или паук легко карабкается по стенам, но человек так сделать не может. Это тоже связано с законом квадрата-куба.

Биолог Адриан Леннон из Кембриджского университета, провёл исследование, показывающее, что если бы человек хотел ходить по стенам, ему пришлось бы покрыть 40% своего тела липкими подушечками. Это просто непрактично, потому что наши руки и ноги слишком маленькие по сравнению с массой тела.

Почему гигантские существа из фильмов — миф

Монстры вроде Годзиллы, Кинг-Конга или огромных пауков из фильмов ужасов нарушают этот закон:

• Если бы Кинг-Конг вырос до 30 метров, его масса увеличилась бы в 1000 раз. Его кости просто не смогли бы выдержать такой вес.
• Годзилла, будь она размером с небоскрёб, не смогла бы двигаться — её мышцы не могли бы поднять такую массу.

"Если бы Годзилла существовала, она была бы придавлена собственным весом. Её ноги не выдержали бы нагрузки", — объясняет физик Генри Ги из Лондонского музея естественной истории.

Закон квадрата-куба — это не просто теория, а универсальный принцип, ограничивающий размеры и форму живых существ. Он объясняет, почему слоны не прыгают, насекомые остаются крошечными, а гигантские монстры из фильмов остаются фантазией. Этот закон также применяется в инженерии, архитектуре и даже робототехнике, определяя, насколько большие структуры могут быть устойчивыми.

Так что, если вы мечтаете о гигантских насекомых или супергероях, пренебрегающих физикой — лучше не углубляться в математику.

Уточнения

Кинг-Конг (англ. King Kong) — вымышленный гигантский монстр, или кайдзю, напоминающий гориллу, который появлялся в различных СМИ с 1933 года.