尺寸效应Size Effect“一尺之棰，日取其半，万世不竭。”是中国古代战国时期的智者公孙龙说的一个命题。意思是说一尺长的木棍，每天砍掉一半，这样砍下去，永远也砍不完。这反映了古人认为事物无限可分的大胆猜想。假设我们人类是蝗虫的话，这意味着我们的腿只有手指头那么粗，但我们可以跳10米高（人类的跳高世界记录只有2米5左右），50米远，那样百米大战将变成了运动员的跳远比赛。我们还可以从随便哪幢摩天大楼上一跃而下，而毫发不损，电梯公司真可以倒闭了。

理解

实验

概念

生物为什么会有这种尺寸效应

理解

那么现代科技对这一命题是如何理解的呢？自从原子、分子概念确立后，人们已经认识到，当物质分割到比原子、分子（1埃）还小时，物质的性质就会发生改变，或者说变成了新的物质。

在作电解水实验的时候，电流可以帮助我们把水分子分成氢和氧。可见虽然我们还可以继续分割下去，但分割的对象已经发生改变，就好比是我们把一条蚯蚓一分两半后，分别生出的不是两只蚯蚓而是两只蝴蝶一样。

当引入纳米概念后，我们发现实际上物质在分到纳米尺度（10埃，即相当于10个原子的长度）的时候就已经发生了种种变化，当然这个时候物质的种类还是保持不变的。

实验

熔点变化：纳米金颗粒的熔点为330摄氏度，比普通金的要低700度，而纳米银粉的熔点仅为100度左右，和水的沸点差不多了。

颜色变化：如金属纳米材料的颜色会变成了黑色。

导电性变化：金属纳米材料会变为绝缘体。

这些奇特现象的发生，就好比我们把一段枯木棍一分为二后，每一段短木棍变成了发芽的树枝。

看来，仅仅改变物体的尺寸形状，也可以改变物体物性，这确实与我们在宏观世界里获得的经验是矛盾的。

在理解尺寸效应的时候，最经常被人们提起的是在生物学中的例子。一只昆虫如蝗虫，身长大概是10个厘米，它有6只腿，每只腿大概只有两三毫米粗，但蝗虫一跃可能会有一米高，几米远，从好几米的高度落下来，也不会伤害它。

概念

这是一个什么概念呢？　情况当然不是如此，事实上我们每个成年人的大腿都有几十厘米粗，只能跳一米高，几米远，要是从四、五米的高度落下来，就得受伤。而比我们体形更加庞大的动物在这方面，显得更加没有天赋。大象的腿粗的象故宫大殿里的柱子，但没有人见大象“跳”过，实际上大象的四条腿中总有两条是落在地上的。要是我们把大象从两层楼的高度上扔下来，动物园一定会告我们谋杀的。

这也能解释为什么历史上的庞然大物恐龙会绝迹。生物身体的尺寸越大，越不灵活，也越容易受伤，所以在环境变化，灾难来临时，体形大的生物就不易生存。

生物为什么会有这种尺寸效应

从化学和力学的角度看，生物都是由碳水化合物，体液等构成。建造的材料相同，所以不同生物的密度、强度、体力也是相同的。

随着生物体尺寸的增大。体重与体积成正比，所以体重的增加是以三次幂的速度增加的。支撑体重及运动的能力是与腿的受力面积成正比的，所以是以二次幂的速度增加的。可见生物支撑体重及运动能力的增强，比体重增加的要慢。这种情况下，只有再增加受力面积，即再增加腿的尺寸才可以抵消体重的更快增加。

生物 整体尺寸 支撑腿的尺寸

大象 4米 0.5米

人 2米 20厘米

蝗虫 10厘米 2-3毫米

蚊蚋 <1厘米 0.1毫米

在地球上，如果我们把人类的尺寸看作是最佳生命尺寸的话，那么在质量小于地球的行星上，最佳生命尺寸应比地球上的大。但过小的行星则其大小可能无法维持一个生物圈，因此仅考虑尺寸效应对生物的影响，我们也可推测能够进化出智慧生命的行星，其大小应当受一定限制。