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《巨齿鲨》背后的科学原理

蝌蚪五线谱 2018-08-23

  最近有一部大片上映,讲述了一条绝种巨齿鲨吃人的故事。除了一些明显可辨的,其它部分与现实的契合程度又如何?

  《巨齿鲨》是一部轰动一时的鲨鱼怪兽电影,我们无法想象如果现实生活中存在这样的怪兽会有多吓人。该电影由杰森·斯坦森领衔主演,近几年也不断涌现出讲述巨齿鲨的电影,其中包括2002年的《史前狂鲨》和2012年的《侏罗纪狂鲨》。其它影评家表示这部电影可能会促进公众对濒危鲨鱼物种的深入了解。

  但我们要转而关注电影中提出的其它科学问题,幸好这条巨大的鲨鱼已经灭绝了(它生存于1600万年前的晚渐新世到260万年前的早更新世)。

  警告:文中包括些许剧透以及对一部虚构的电影半开玩笑式的分析。

  咬合力和被咬破的玻璃 易碎的玻璃对于这部怪兽电影来说是一个非常好的道具。

  在《巨齿鲨》中,我们看到这条巨大的鲨鱼尝试撞破水下研究站和深海滑翔机的玻璃,撞得要破不破的样子。

  虽然巨齿鲨以拥有18吨的咬合力而闻名于世(近176,519.7牛顿),但这是真的吗?

  首先,我们要了解,压强并不是力:压强取决于力施加的面积。咬合力通过牙齿的接触点来施加力,如果接触的面积很小,那么压强就会很高,这就是为什么锋利的牙齿更有利于切割。

  为了给这部电影一个公正的评价,我们可以假设玻璃与James Cameron的深海挑战者潜水器一样,是以超安全标准设计的,这个潜水器的测试环境相当于“每平方英寸受到16500磅或是114000千帕的海洋深度压强”。

  通过大量的简化(忽略冲击载荷、攻击角度和许多其它因素),我们可以计算出玻璃所能承担压强的最小接触面积:

  面积 = 力 / 压强

  = 176,519.7N / 114,000,000Pa

  = 0.0015 m2

  这个接触面积约为4cm×4cm,分布在所有牙齿上。从影片中看到的,牙齿和玻璃之间存在如此大的接触面积似乎是合理的,因此这样的咬合力根本不足以立即将玻璃咬破。恭喜人类技术获得1分,大自然暂得0分。

  结论:该理论站得住脚。鲨鱼大小的传感器 在整部电影中,我们常常会对一些情节持怀疑态度,但其中的一个场景实在令人难以置信。这个团队成功毒死了他们认为是巨齿鲨的生物,并用船上的起重机将其拖到了船上。

  问题是:显而易见,他们所捕捉到的鲨鱼明显比他们在影片中一直搏斗的鲨鱼要小的多。真正的巨齿鲨还存活着,但影片里的主人公们都没注意到。

  那么,这个关键性错误可信吗?

  在角色的阐述中,他们认为他们与鲨鱼接触的时间大部分都是在水下令人恐慌的环境中,几乎没有参考对象,以至于在确定绝对大小时存在困难。而在现实世界中,研究人员对于大型鲸鲨的研究表明,测量它们的大小是极其困难的,有时甚至需要使用激光。

  但这个情节漏洞和同一场景中的更大失误比起来根本不值一提:就像图上所示,巨齿鲨的尸体被吊死在一架羸弱的起重机上。

  结论:别让鲨鱼破坏我们的信念。横冲直撞的巨齿鲨摩托? 根据电影制作记录,电影中的巨齿鲨时速可达80海里每小时(150公里/小时)以上。

  目前速度最快的鲨鱼之一是短鳍鲭鲨(Shortfin Mako),最快可以达到每小时50公里,更多的推测认为它的速度可以在短时间内超过每小时70公里,而最快的长须鲸则可达到每小时40公里。

  据报道,最快的潜艇速度达到了每小时75公里。传统鱼雷的最高时速约为110公里/小时,而俄罗斯的超空泡鱼雷的最高时速可达370公里/小时。

  考虑到这条鲨鱼各项指标都在正常鲨鱼的范围内,除了大小,而且没有任何特殊的能力,那么它的最高速度看起来是过于乐观的。

  结论:不切不实际的速度设定。保护巨齿鲨的菜单 在电影中,巨齿鲨似乎看起来真的很饿(或者只是为了看起来恶心),它吃掉了许多的人。但它到底要吃多少才能维持自身的生存呢?

  一项早期的研究计算出,一条重943公斤的鲨鱼靠30公斤的脂肪可以存活大约1.5个月。而新的研究表明,同样重量的食物只够鲨鱼维持11天左右,相当于每天消耗3公斤左右。

  大鲨鱼每日的饮食需求大约为自身体重的0.8%,假设每只巨齿鲨的重量为48吨:

  巨齿鲨的日进食量 = 3kg / 天 × (巨齿鲨的体重 / 普通鲨鱼的体重)0.8

  = 3kg / 天 × (48,000 / 943)0.8

  = 70kg / 天

  因此,除非巨齿鲨的代谢量与众不同,否则它可能只需要每天吃相当于一个人重量的东西。但电影中的巨齿鲨吃的可远不止这些。

  结论:这条巨齿鲨的新陈代谢可能超级快,也可能它是在为下个月储备食物。把鲨鱼袭击的统计数据整理清楚 在电影中,巨齿鲨攻击了太多人类,以至于在未来的几年里影响了全球鲨鱼攻击的数据。但实际上,普通人不太可能被鲨鱼袭击。各种统计数据比比皆是,但一个人一生中被鲨鱼咬死的几率约为400万分之一。因此,这种断章取义的统计数据是相对没有意义的;许多人住在远离海洋的地方,很少去游泳,这意味着他们受到攻击的几率实际上为零(除非水龙卷把鲨鱼扔到他们身上)。

  而那些根据当时进行的活动而调整的统计数字明显高得多:对潜水和浮潜者的攻击率(不一定是致命的)的估计是每10万人中有10人以上受到攻击。无论哪一种可能性,这个概率都很低,但对于海洋爱好者人来说,和从陆地随机挑出个人相比,其概率倒是相对高一点。

  结论 《巨齿鲨》电影结合了所有典型怪兽电影的惯用套路, 这部剧里的大反派并不是现代的鲨鱼,而是几百万年前的史前怪兽,这也让我们这些观影者变得比较宽容。

  编剧们对鲨鱼的身体尺寸(稍微)、速度(可能很多)和胃口(主要是为了戏剧性的效果)等方面进行了修改。

  蝌蚪五线谱编译自cosmosmagazine,译者 李彤馨,转载须授权

责任编辑:王超

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