Nếu King Kong tồn tại, chân nó sẽ bị gãy khúc

Nếu King Kong lớn hơn bình thường 10 lần, khả năng chịu lực của nó tăng 100 lần nhưng nó lại nặng hơn 1.000 lần. Trọng lượng của nó tăng nhanh hơn nhiều so với khả năng chịu lực.

Nếu King Kong thực sự tồn tại, nó chẳng những không thể đe dọa được thành phố New York, mà chân còn bị gãy khúc ngay khi tiến những bước đầu tiên. Đó là vì nếu ta bắt một con khỉ nhân hình và tăng kích thước của nó lên 10 lần, thì trọng lượng của nó sẽ thay đổi theo thể tích cơ thể, tức là nó sẽ nặng hơn 10 x 10 x 10 = 1.000 lần. Nhưng khả năng chịu lực của nó lại chỉ tăng theo độ dày của xương và cơ, trong khi tiết diện của hai cấu trúc này chỉ tăng theo bình phương độ dày, tức là 10 x 10 = 100 lần.

Nói cách khác, nếu King Kong lớn hơn bình thường 10 lần, khả năng chịu lực của nó tăng 100 lần nhưng nó lại nặng hơn 1.000 lần. Như vậy, khi cơ thể con khỉ to lên, trọng lượng của nó tăng nhanh hơn nhiều so với khả năng chịu lực. Nếu so sánh tương quan, con khỉ khổng lồ sẽ yếu hơn một con khỉ bình thường 10 lần. Đó chính là lý do mà chân của nó sẽ bị gãy.

Hồi còn học phổ thông, tôi nhớ giáo viên đã mô tả sức mạnh đáng kinh ngạc của một con kiến có thể nâng một chiếc lá nặng hơn nó nhiều lần. Thầy tôi kết luận rằng nếu một con kiến lớn cỡ ngôi nhà thì nó sẽ có thể nhấc bổng ngôi nhà đó. Nhưng giả định này không đúng vì lý do tương tự với trường hợp King Kong ở trên.

Nếu một con kiến có kích thước của một tòa nhà, chân của nó cũng sẽ bị gãy. Khi ta tăng kích thước của một con kiến lên 1.000 lần, nó sẽ yếu hơn một con kiến bình thường 1.000 lần và đổ quỵ bởi chính trọng lượng cơ thể. Hơn nữa, nó cũng sẽ bị ngạt thở.

Kiến hô hấp bằng các lỗ thông hơi trên cơ thể. Diện tích của các lỗ thở này tăng theo bình phương bán kính của lỗ, nhưng thể tích con kiến lại tăng theo lập phương bán kính. Như vậy, một con kiến lớn hơn bình thường 1.000 lần sẽ nhận được lượng dưỡng khí ít hơn 1.000 lần so với nhu cầu cung cấp ôxi cho các thớ cơ và các cơ quan khác.

Đây cũng là lý do vận động viên trượt băng và cử tạ thường thấp hơn so với chiều cao trung bình, mặc dù tỷ lệ cơ thể của họ giống như bất kỳ ai. Với cùng trọng lượng cơ thể, cơ của họ khỏe hơn so với những người cao hơn. Áp dụng định luật về tỷ lệ cơ thể, chúng ta cũng có thể tính toán được sơ bộ hình dạng của động vật trên Trái Đất và có thể là cả người ngoài hành tinh. Sự thoát nhiệt của một động vật tăng theo diện tích bề mặt cơ thể. Do đó, khi kích thước cơ thể tăng lên 10 lần, lượng nhiệt thoát ra sẽ tăng 10 x 10 = 100 lần. Nhưng lượng nhiệt bên trong một cơ thể lại tỷ lệ thuận với thể tích nên sẽ tăng 10 x 10 x 10 = 1.000 lần. Vì vậy, động vật có hình thể lớn thường mất nhiệt chậm hơn so với loài nhỏ hơn.

Đây cũng là lý do vào mùa đông, các ngón tay và đôi tai của chúng ta thường bị lạnh trước, do chúng có tỷ lệ tiết diện tiếp xúc với không khí lớn nhất, hay những người nhỏ con lại bị lạnh nhanh hơn so với những người to lớn. Điều này cũng giải thích tại sao giấy lại cháy nhanh hơn so với khúc gỗ vì diện tích tiếp xúc của giấy lớn hơn nhiều nếu xét cùng khối lượng.

Vì lý do này mà cá voi ở Bắc Cực có cơ thể tròn trịa do mặt cầu là bề mặt có diện tích khả dĩ nhỏ nhất tính trên cùng một đơn vị khối lượng; hay côn trùng ở vùng khí hậu nóng ấm có cơ thể thuôn dài giúp tăng diện tích tiếp xúc của cơ thể với khỏng khí bên ngoài. Trong bộ phim Honey, I Shrunk the Kids (Cưng ơi anh lỡ thu nhỏ các con rồi) của hãng Disney, gia đình nọ bị thu nhỏ chỉ bằng những con kiến. Một trận mưa lớn ập đến và với kích thước của người bình thường, chúng ta thấy những giọt nước mưa li ti rơi xuống vũng nước. Trong thực tế , một con kiến sẽ thấy giọt nước mưa không giống như một giọt nước nhỏ, mà là một đụn nước lớn hay một giọt nước lớn hình cầu. Trong thế giới của chúng ta, một đụn nước hình cầu là không bền và sẽ bị vỡ tan dưới tác dụng từ trọng lực của chính nó. Nhưng trong thế giới vi mô, sức căng bề mặt là tương đối lớn, vì vậy một đụn nước hình cầu là hoàn toàn bền vững.

Tương tự, chúng ta có thể ước lượng tương đối tỷ lệ giữa diện tích và thể tích của động vật trên những hành tinh ngoài không gian xa xôi bằng các định luật vật lý. Khi đó, chúng ta có thể khái quát rằng người ngoài hành tinh sẽ không giống như những sinh vật khổng lồ thường được khắc họa trong khoa học viễn tưởng, mà sẽ gần giống chúng ta về kích cỡ.

Tuy nhiên, cá voi lại có kích thước lớn hơn nhiều nhờ lực đẩy của nước biển. Điều này cũng giải thích vì sao khi trôi dạt vào bờ cá voi sẽ chết: chúng bị chính trọng lượng cơ thể đè ép.

Định luật về tỷ lệ cơ thể ngụ ý rằng các định luật vật lý thay đổi khi chúng ta tiến ngày càng sâu vào thế giới vi mô. Đây là lý do khiến lý thuyết lượng tử quả kỳ lạ đối với chúng ta: nó vi phạm những cảm quan thông thường về vũ trụ. Vì vậy, định luật về tỷ lệ này sẽ loại bỏ ý tưởng “thế giới trong thế giới” thường thấy trong khoa học viễn tưởng, cho rằng bên trong một nguyên tử có thể là cả một vũ trụ, hay thiên hà của chúng ta có thể là một nguyên tử trong một vũ trụ lớn hơn nhiều.

Ý tưởng này đã được khai thác trong bộ phim Men in Black (Đặc vụ áo đen) phần một. Trong phân cảnh cuối phim, máy quay lùi nhanh ra xa từ Trái Đất, đến các hành tinh, các ngôi sao, rồi tới tầm khoảng cách các thiên hà, cho đến khi toàn bộ vũ trụ của chúng ta chỉ giống như một quả bóng lăn lóc trong một trận cầu vũ trụ của người ngoài hành tinh khổng lồ.

Trong thực tế, một thiên hà đầy rẫy các ngôi sao không thể giống như một nguyên tử; bên trong nguyên tử, các electron chuyển động tạo thành lớp vỏ nguyên tử hoàn toàn khác với các hành tinh. Chúng ta biết mọi hành tinh đều khàc nhau và có thể chuyển động trên quỹ đạo cách ngôi sao mẹ một khoảng ngẫu nhiên.

Tuy nhiên, trong nguyên tử, tất cả các hạt hạ nguyên tử giống hệt nhau. Chúng không thể chuyển động cách hạt nhân một khoảng tùy ý mà chỉ có thể di chuyển trên những quỹ đạo dừng rời rạc xác định. Hơn nữa, không giống các hành tinh, electron có thể mang những đặc điểm lạ thường, ngược lại với cảm quan thông thường, như tồn tại cùng lúc ở hai địa điểm khác nhau và có lưỡng tính sóng-hạt.

Trích sách “Vật lý của những điều tưởng chừng bất khả”