Для бесконечного крупномасштабного роста существуют фундаментальные физические ограничения. Вы когда-нибудь задумывались, почему человечество не может строить бесконечно огромные небоскрёбы?
Или почему ни одно животное на земле не может достичь размеров Годзиллы?
Галилео Галилей доказал ограничения такого масштаба более 400 лет назад. Возможности получения крупных животных, деревьев, зданий или других предметов принципиально ограничены. Когда объект увеличивается в размере, его объём увеличивается намного быстрее, чем его площадь. Позвольте мне привести пример: если вы удвоите размеры каждого измерения в вашем доме, сохраняя его форму той же самой, то его объём увеличится в разы. Объём увеличивается так: 2^3 = 8, в то время как площадь увеличивается так: 2^2 = 4.
Это имеет огромное значение для дизайна и функциональности большей части окружающего нас мира. Будь то здание, в котором мы живём и работаем, или тела животных и растений в мире природы. Проще говоря, для каждого увеличения размера на один порядок (то есть перехода от 1 см к 10 см) объём увеличивается на три порядка, а площадь — на два.
Это означает, что и вес непропорционально увеличивается по сравнению с увеличением силы. Проще говоря, масштабирование размеров на порядки приведёт к невозможности физического существования, потому что прочность (обозначаемая увеличением площадей поверхности) не сможет поддерживать увеличение веса (с увеличением объёма).
Годзилла и другие большие голливудские монстры невозможны, потому что вес животного прямо пропорционален его объёму, то есть кубу его линейного измерения, а его сила прямо пропорциональна площади его мускулов, которая прямо пропорциональна квадрату линейного размера. Монстр размером с Годзиллу был бы настолько слаб, что не смог бы поднять собственный вес с земли...
Масштабирование работает и в обратном направлении. Вот почему маленькой собаке намного легче нести на спине трёх собак, а лошадь не может нести на себе другую лошадь. По мере того, как мы уменьшаемся, сила становится непропорционально больше. Маленький муравей может нести 100 муравьев, потому что чем меньше тело, тем больше его относительная сила.
Поэтому наши фантазии о мега-зданиях, гигантских жуках, муравьях, пауках или, если уж на то пошло, о Годзиллах, столь красиво отображаемых индустрией комиксов и кино, физически неосуществимы. Благодаря физике у нас есть очень хорошая идея, где провести грань между вымыслом и реальностью.
По материалам публикации (англ.).
Из комментариев
Нейронные сигналы также движутся со скоростью 100 метров в секунду или что-то в этом роде. Таким образом, есть и другие ограничения для организмов. К тому времени, как Годзилла на что-нибудь отреагирует, это событие уже давно закончится...
***
Я гарантирую вам, что в экстремальных экзотических условиях, где-то в будущем или когда-нибудь в лабораториях будущего, это ограничение будет нарушено.
Почему? Потому что оно не проистекает напрямую из каких-либо фундаментальных сил, которые абсолютно диктуют, что может и что не может быть. Этой специфической связи между двумя физическими параметрами не требует ни один основной закон.
Что не невозможно, должно существовать.
Совершенно очевидно, что отношение между площадью и периметром ограниченной (замкнутой) двумерной формы изменяется в зависимости от её формы (с использованием двух измерений, чтобы избежать сложных концепций — но принцип тот же). Длинное узкое поле, окруженное забором, имеет другую площадь, чем квадратное поле, окруженное забором такой же длины. Этот аргумент можно экстраполировать и на остальные измерения, такие как объём.
Также, если Годзилла мог бы летать со скоростью, близкой к скорости света, он занимал бы меньший объём, но был бы тяжелее. Стандартное правило отношения веса и объёма было бы полностью нарушено...