@ 2018.10.04 , 11:00

在现实情境中,人类所能承受的极限重力

在现实情境中,人类所能承受的极限重力

他们不会毫无理由地将Hafþór Júlíus Björnsson称之为'魔山'。

在2015年,这位参演了《权力的游戏》的强壮男人打破了一个古老的或者说令人咋舌的记录——背负起650公斤(1430磅)的重物行走了5步。

对我们大多数人来说,这就是真实世界中的“我不会武功”,但“天生神力”。对于科学家来说,这一壮举标志着人类所能承受的重力的极限强度,当我们展望外星殖民计划时,它也为目标行星的质量划定了一个界限。

根据克罗地亚萨格勒布大学的一支小型物理学家团队的说法,我们真的不能将目光投向质量大于我们地球四倍的行星。

如果行星质量更大,我们就只能派出全员魔山充当星际殖民者。

考虑到人体骨骼的可压缩性,肌肉的弯曲以及我们在行星表面行走时腿部的摆动性质,科学家们得出了“上限4倍地球质量”这一关键性的结论。

就工程学而言,我们的骨骼结构令人印象深刻。事实上,我们的胫骨在裂开之前能承受90倍的地球重力(g)。

那是惊人的强度,但如果我们试图在这种重力下迈出一步,事情就会发生变化。动态应力和扭曲效应会使我们骨架的实际极限降低到10g上下。

研究人员通过严格训练确定了人体肌肉力量的极限,我们要想在地表自由移动,所能承受的重力不可以超过5g。

然而,直立行走是另一个故事。我们人类非常擅长直立行走——已经直立行走了大约360万年,直立行走可以提高体能的利用效率,而且毫无自大地说,我们现在几乎已经达到了最优化的行走模式。

尽管如此,我们双脚交替前移,克服着每公斤体重相当于9.8牛顿的引力。

因此,物理学家想知道增加额外重力会对我们的步态产生什么影响。

步行基本上是一个“受控制摔倒”的周期过程,每条腿的迈出都是防止我们的脸部亲密接触地面。这种跌倒——稳住——跌倒——稳住模式导致我们的质心上下波动。

考虑到人体质心的起伏和腿摆动的时间,物理学家开发出模型,用于描述“倒立钟摆步”,。

Björnsson创造的极限负重下的行走记录为人类直立行走可以达到的理论上限建立了一个非常好的基准。

结合他的腿部质量、体重和腿长,该团队确定了允许人类缓慢行走的最强重力,大约是地球质量的4.6倍。

我们的心脏几乎无法承受5g的重力,加速度达到5g时,我们会昏迷。所以看起来这个数字为人类的探索方向划定了绝对的边界。

到目前为止,系外行星中最大陆地行星称号的有力竞争者是BD+20594b——地球的狂野版,直径是海王星的一半,质量大致相同。在它的表面,引力是地球上的三倍。

BD+20594b也是一个奇怪的东西,大多数岩石行星的质量都不会大于我们行星质量的1.6倍,因为它们和我们的半径的比例大体位于一个区间内。

但请记住,大多数宇航员都不是能背负半吨重物的怪物。

所以研究人员确定了一个更为现实的上限,在3g到4g之间。

已知594颗系外行星,我们有足够的信息估算出它们的引力大小,理论上人类能够在422颗行星上活动(忽略了其他各种地狱般的条件)。

至少在可预见的未来,人类不太可能会触及这些遥远的世界。

但下周或许应该去健身房进行一周的增强训练,以防NASA突然给你打来招募电话。

本文译自 sciencealert,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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