在探討龍族為內溫動物或外溫動物的討論串中,有幾位龍友提到真實猛龍的節目。由於本文討論已離題,故新開主題,有興趣的朋友們可前往閱讀。
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關於探索頻道的真實猛龍節目一片,大陸的網站有提供線上觀看,有興趣瞭解更多的龍友可以前往觀賞。
若無暇觀看的朋友們,劇情簡介如下,摘錄自:http://tw.knowledge.yahoo.com/questi...=1106090304932
由於全世界的民間傳說與神話,都有龍的模樣,而且大同小異,《真實猛龍》節目因此從自然史角度,想像並推論「龍」這種從未存在的非凡生物,歷代以來如何在 世界各地演進成不同的龍種,以及各種龍是如何發展出獨特的適應力與行為以因應生存環境。節目中假設倫敦自然史博物館的古生物學家譚能教授,自願去羅馬尼亞 調查冰雪中,極可能是小龍的怪異生物屍體。在調查中,譚能教授發現該生物擁有鱷魚般的喉蓋,可能是從水生猛龍演化而來,因此躲過隕石墜落時的生物浩劫。龍屍旁邊的焦黑人類,加上龍屍氣囊中抽出的可燃性氣體,證明這種龍會噴火。譚能教授並深入發掘小龍屍體的洞穴,最後發現騎士與大龍對戰的證據。
片中也很中肯的討論了龍的體重與翼面積之間的關係,並得到龍無法飛行的結論。但體重過重的問題在氫氣囊的發現之後迎刃而解,還順帶找出噴火的可能性。節目中將龍的噴火能利用在攻擊、求偶、進食、生育等等行為之上,可說龍如果不會噴火就死定了。而片中針對氫氣的來源、儲存與點火都做出了看似相當有邏輯的推論。腸道內的共生菌分解食物後會產生氫氣與甲烷這兩種比空氣輕的可燃性氣體。將這兩種氣體儲存在儲氫囊之中可提供浮力使其飛行。搭配喉頭防止火焰回燒的軟骨以及齒縫中的白金催化,使得龍可以噴火,並將此一行為應用在生活中。當然,如果因為噴火過量導致氫氣不足,龍是有墜落的風險的。
以上推論看似合情合理,但略一思索之後便知其窒礙難行之處,一一簡述如下。
氫氣好安全?
「氫氣很安全,很環保。」這是氫動力車業者要特別強調的重點。
「氫氣具有高度易燃性,相當危險。」這是一般大眾的認知。
真相只有一個,事實不會改變,那氫氣到底安不安全呢?
氫氣是元素中重量最輕者,具有高度易燃性。由於重量輕這個物理特性,氫氣在早期被使用在氣球、飛艇之上。但在接連的飛艇爆炸以及氫氣球爆炸等等意外發生之後,氫氣便逐漸被更加安全的氦氣所取代。但氫氣仍舊被用在需要高溫的設施上,如氫氧焰。
由此觀之,氫氣應該相當危險,那為什麼汽車製造敢宣稱氫氣做為燃料相當安全呢?那就要從氫氣的另一個物理特性談起。
氫氣很輕,所以一旦沒有束縛,氫氣便會立即散一到空中,消失無蹤。同樣的滲漏,汽油或是液化石油氣會向下沈,逐漸累積之後,一旦遇到火花,後果不堪設想。但氫氣若發生滲漏,由於向上散逸的特性,氫氣不易累積到足夠引爆的濃度,因此不會爆炸。
總之,氫氣安全與否見仁見智,只要大家記住氫氣的兩個主要特點。
一、很輕
二、易燃
儲存這麼一種輕且易燃的氣體,必須要有重重的安全防護。不論氫是高壓儲存、液態儲存、合金儲存以及奈米碳管吸附,這些裝置都具有龐大的體積,厚實的金屬以及堅固的閥門。沒有這些基本設施,氫氣便會外洩而無法使用,也有安全上的疑慮。當然,生物體內的氫氣不可能也不需要以高壓儲存,只需要像氫氣球一般充飽,和大氣壓力相同即可。不過,這樣就沒有問題了嗎?
與片中的氫氣氣囊相比,現實中最接近的就是氫氣球了。這些五顏六色的氫氣球,一個個輕飄飄的浮在半空中,好不美麗。可惜這樣的美麗並不持久,橡膠的氫氣球最多兩天就會軟趴趴的掉在地上,而高級一些的鋁箔氫氣球,就是你可以在木柵動物園門口看到的那種,最多一個禮拜就會不成原型了。原因很簡單,因為氫的分子量很小,所以運動速度高。在分子不斷的衝擊之下,堅硬如鋼也會產生氫分子進入鐵分子間破壞結構的氫脆現象,更不要指望那一層薄薄的橡膠能發揮什麼功用了。
由肌肉與結締組織所構成的氣囊。其結構強度能夠與鋼鐵、橡膠相提並論嗎?對此,本人抱持高度的懷疑。雖然在歷史上有將豬膀胱中灌入氫氣製成氫氣球的先例,但由於缺乏持續時間的直接證據,因此無法評斷。
那,就假設肌肉與結締組織所構成的氣囊,其強度要與遠超過鋼鐵與合成橡膠吧!
解決了容器的問題,接著還有開口的問題。我們所使用的氫氣儲存槽都有個堅固耐用,用黃銅與橡膠所打造的閥門。這是確保氫氣的使用時機以及釋放數量可以進行精確的控制,當然還有防止漏氣的重要功能。龍除了要用氫氣維持浮力,還要用來噴火,不論是平時防止外洩,或使用時控制噴氣量,閥門都相當重要。生物體內的閥門有哪些呢?
說到閥門,一般人最直接的想法便是心臟瓣膜了。不論是強度或是耐用性都經得起考驗,密封性的部分應該也沒有問題。不過,瓣膜是用在血液上的,對液體有用的設計在氣體上通常不適用。為什麼許多登山用品敢宣稱防水透氣,就是因為織品的孔隙可以擋住水,卻擋不住空氣。瓣膜的設計用來阻擋血液的,血液中不只有水,還有血球抗體脂肪等等一大堆物質。瓣膜要檔濃稠的血液沒問題,但要檔分子量最小,運動最快的氫氣嘛……就當做檔得住好了,畢竟剛剛已經假設龍的結締組織強度要與遠超過鋼鐵與合成橡膠了。所以龍就可以使用瓣膜作為氫氣囊的閥門囉?
很遺憾,還是不行。氣囊是氣管的延生物,而瓣膜是出現在血管裡的。也就是說,氣管內不可能也不應該出現瓣膜。就算產生了基因突變讓氣管中長出瓣膜,想想看,氣管要同時進氣與排氣,如果在氣管中出現單向的瓣膜,那這隻龍想必活不了多久就死於缺氧了。
既然氣囊無法以瓣膜作為閥門,那可以用什麼呢?
除了瓣膜,一般人每天都會控制的閥門就非闊約肌莫屬了。在沒有廁所的情形下,闊約肌是避免我們在眾目睽睽之下當眾出糗的好幫手。不但安全可靠,而且還收放自如,拿來作為閥門一定沒問題的啦。是吧……
真的沒問題嗎?我想,每個人都有這個經驗,就是前一天喝了牛奶,吃得太多,甚至是一群人去吃吃到飽最後剩下的黑暗鍋。接下來就是咕嚕咕嚕,無論怎麼忍耐,怎麼憋,那些氣體液體甚至是固體還是會衝破闊約肌的束縛,跑到外面的世界中。那氫氣呢?
好吧,就當作闊約肌可以完美的防止氫氣溢出好了,這樣子氫氣的儲存就沒有問題了。接下來,我們來看看氫氣的製造。
片中的氫氣來源是腸道內共生菌分解消化食物之後產生的。這一點是沒有問題,氫氣確實可以由細菌產生。但是產生之後呢?
由最基礎的生物結構中我們可以知道,龍族一定有氣管和食道,而這兩者一定會在咽喉處交會,共用一個開口。氫氣囊是氣管延伸的構造,所以開口一定連接在呼吸系統的某處。既然氫氣的產地是腸道,那氫氣要怎麼轉移到氫氣囊中呢?要知道,氫氣球之所以可以浮起來,那是因為裡面氫氣的純度足夠。如果氫氣中混入一些比較重的氣體,那就與使用空氣無異。此外,若氫氣濃度太低,純度不夠,在點火上也會有問題。所以,要利用氫氣來漂浮及噴火,維持氫氣的純度就是一件相當重要的任務。
胃以食道與外界相通,所以胃部一定有空氣存在。當然,在重力的作用之下,我們可以確定進入腸道中的只有食糜。也因此,在腸道中產生的氫氣是不會混入空氣的。不過,腸道是用來消化食物、吸收營養的,不是拿來儲存氣體的。若氫氣無法迅速的排出,那就稱為腸胃漲氣,有這種經驗的朋友都瞭解那個痛啊……別忘了,氫氣還有浮力,相較於空氣只是以體積壓迫腸道,氫氣會給予腸道更大的壓迫,所以,龍族一定要立即將生產出來的氫氣轉移,否則就有被氫氣撐破腸道的可能。
在腸道中,我們可以確定氫氣的純度。但一旦要轉移,問題就來了。要保持氫氣的純度,那就必須確保從產地到儲存地這一路上都只有氫氣。從腸道到氫氣囊,一路上會經過腸、胃、食道、咽喉、氣管、氫氣囊。那麼,這一路上會有什麼問題呢?
食道與胃和外界相通,所以裡面一定會有殘存的空氣。為了保持氫氣的純度,在氫氣進來之前龍必須將其中的殘存物以及空氣排空,這沒有問題。而氫氣囊中也只有氫氣,這裡的濃度也沒有問題。問題出在哪裡呢?出在咽喉和氣管。
生物都需要氧氣,龍也不例外。龍時時刻刻都在呼吸,呼吸就代表氣管中有空氣。既然氣管中有空氣就必然會影響氫氣的純度。可是要讓氣管中沒有空氣……
那麼,就讓氫氣囊的開口設在咽喉好了,氣管本來就有會厭軟骨,片中也有提到龍族有喉蓋,這樣就可以隔絕外界空氣。只要氫氣囊與咽喉交界處在增加一塊類似會厭軟骨的構造就沒問題了。因此,龍族將氫氣轉移到氫氣囊的步驟如下:
首先,龍必須吃下大量的食物,然後靜靜的等待共生菌製造氫氣。等氫氣製造出來之後,龍必須忍受腸脹氣的痛苦,直到氫氣的份量足夠。在此時,牠必須先清空胃中的食物,將食道與胃壓扁。接著,用力呼出一口氣,將咽喉與氣管內殘存的氫氣減到最少,然後蓋上喉骨以隔絕外界空氣以及關上會厭軟骨以阻絕肺部殘存空氣。然後,將這一路上的闊約肌放開,稍稍擴張氫氣囊的肌肉,這樣氫氣就會在壓力差的引導之下前往氫氣囊了,這真是太好了。
雖然會有窒息的風險,雖然要忍受腸胃不適。但因此獲得飛行能力與華麗的噴火技能,吃點苦也相當值得啊。
在歷經了千辛萬苦之後,龍終於可以起飛了。不過,最後還有一個要解決的小問題。
氫氣在龍身上提供了飛行及噴火的功用。可以說氫氣的生產以及數量攸關龍族的生存。想想看,大敵當頭卻因為氫氣不足而無法起飛;美食當前卻因為氫氣不足而無法噴火。還有什麼狀況會比這更慘呢?
所有的生物都有一套緊急機制,稱為「戰或逃」。當生物面臨危急狀態,需要爆發出潛能的時候,腎上腺素將會大量生產,使生物暫時忘卻疲憊、飢餓等等與保命無關的需求,把全身精力用在自保上。肌肉可以過度使用直到受傷,受傷後花點精力修補總比沒命好些。
這種機制龍族身上當然也有,不過,龍族體內的氫氣是他自己製造的嗎?當氫氣不足又需要逃命時怎麼辦?等死嗎?
沒有生物可以控制體內共生菌,也就是說,氫氣只要腸道內有食物就會不斷產生。不會因為氫氣囊已經充飽就停止,也不會因為危急而加速生產。在忍受了這麼多的痛苦,付出了這麼多的代價,換來的卻是一套在平時有用,危急時卻不大可靠的氫氣系統,這真的值得嗎?
不過,飛行嘛,總是要付出代價的,總算,龍族可以起飛了。
真的能飛嗎?
根據片中的丈量,那一隻未成年小母龍的數據如下:
翼展小於二十英尺,也就是六公尺。
體重約900~950英磅,也就是408.24~430.92公斤
氫氣囊的體積是30立方英尺,也就是約849公升。
其他部分由真實猛龍節目中的圖像以目測換算。
體長:軀幹約莫三公尺左右。頭到尾約四點五公尺。
體寬:約莫一公尺左右。
體高:約莫一公尺左右。
這大概多大呢?大約是一隻大老虎的大小,大老虎身長三公尺,體重三百公斤。若將老虎放大到四點五公尺,體重將會是一噸。所以,片中的假設相當正確,以龍的大小來說,他的體重相當輕。
不過,片中也提到龍族還是飛不起來,必須要氫氣囊的輔助,減輕重量,才飛得起來。也就是說六公尺的翼展搭配430.92公斤剛剛好在升力的臨界值上。扣除氫氣減少的重量之後剛剛好可以讓龍飛起來。
粗略的計算一下,龍軀幹的容積是三千公升。849公升的氫氣囊已經將近三分之一了。這在生物體內算是相當驚人了。若氫氣囊再大一些龍體內就沒有地方容納心臟、肺臟與肌肉了。在這極限狀態之下,氫氣囊到底可以提供多少升力呢?
一公升氫氣大概可以提供一克的浮力,849公升的氫氣可以提供849公克的浮力,不到一公斤……
也就是說,龍族的翅膀可以提供430.92公斤的升力,而龍的體重在氫氣的浮力之下就是430.071公斤!也就是說推重比只有可憐的1.001974,可以說一點點安全係數都沒有。
任何機器都會有所謂的安全係數。777有兩具引擎,但可以僅用單引擎起降,安全係數便是200%;載重七百公斤的電梯鋼纜要受到七噸的拉力才會斷裂,安全係數也就是1000%。龍族的安全係數嘛……
在只有849公克的額外負載能力之下,龍族的生活會受到怎麼樣的影響呢?
首先,千萬不能吃多,片中也有提到起飛前要清空胃部。
其次,千萬不能發胖。只要胖一點點就完全飛不起來了。
再來,千萬不能噴火。嘴巴一張,寶貴的氫氣就因此洩漏,然後就墜機啦。
此外,飛行要小心。由於多餘推力只有可憐的849公克,所以就算是進行輕微的俯衝也要小心失速墜落,更不要提那華麗的自由落體儀式了,鐵定直入地底。
還有,只能在好天氣飛行。陣風、雨水、甚至是結霜都會在龍身體上施加超過849公克的力,使得龍族墜落。
最後,母龍在懷孕期是完全不能飛的,因為蛋一定比849公克重。不能飛的龍要如何一人吃,兩人補呢?
雖然限制這麼多,但是還是可以飛啦。只要是晴天、無風的日子,龍族就可以進行緩慢且平穩的飛行。不知為何,這讓我想到平時把愛車藏在車庫裡,只有天氣好的假日才能出門的車主。
總之,這樣來看,要看到龍飛起來真是件不可能的任務啊,不過,就讓我們假設,龍族可以不用氫氣的浮力就能飛起來,而氫氣全部用來噴火吧。
點火好危險
為了讓龍族可以華麗的噴火,就讓我們丟掉那些物理限制,讓龍族可以自由自在飛翔吧。高難度的飛行技巧搭配華麗噴吐的火焰,龍族稱為最美麗的生物當之無愧。龍的怒火席捲了山林,毀滅了聚落,隨便一噴就可以噴出比自己身體大上幾倍,射程十公尺的火球。真是太了不起了!
要燃燒必須有氧氣、燃點以及可燃物。空氣中到處是氧氣,氫氣來源也沒有問題。那燃點呢?
片中提到氫氣與氧氣可以以白金催化引燃。氫氣的活性很高,而白金又是優秀的催化劑,這兩樣東西碰在一起一定能燒起來囉。話是沒錯,不過,實驗室裡用的白金都是花錢買的。而且為了要符合實驗室的標準,價格會比市場上的首飾級或貨幣級白金貴上許多許多。就個人記憶所及,一公克黃金六百元的時候,供電顯真空蒸鍍用的黃金大約是一百公克十萬元。若是化學實驗室用的催化用高純度奈米金粒,十萬塊只買得到幾公克而已。那白金呢?
片中提到白金是來自卡在齒縫中的白金礦石,而且為了補充掉落的白金,龍會佔據地盤中的白金礦脈,定期啃咬礦石,補充白金。白金礦石跟實驗室等級的白金能相提並論嗎………………就當作可以啦!就假設龍族有純化白金的特異功能好了,這樣白金點火就沒問題啦。
不過,就算龍可以純化白金好了,無論如何有一項限制是龍族無法改變的,那就是礦石的純度。以平均水準具商業開採價值的白金礦脈而言,一公噸的礦石只能提煉出三公克白金。三公克白金聽起來不少,但在白金高達21.45的比重而言,只有一點點而已。
龍的頭有多大呢?依目測比例來看至少有花蓮大西瓜那麼大。頭那麼大,牙齒也不會小。保守估計,龍族的臼齒應該有橡皮擦那麼大,大約是1.5乘4公分。這樣的表面積是六平方公分。再假設白金可以均勻的以厚度零點一公釐附著在臼齒咬合面上,這樣的體積是0.06立方公分,兩顆牙就是0.12立方公分,乘上比重便可以得知,所需白金是2.574公克。要得到這麼多的白金必須要攝取八百五十八公斤的礦石。也就是說,龍族為了白金點火技能,沒多久就得吃下自己體重兩倍重的礦石。一般岩石的密度是2.7~2.8,858公斤的礦石體積約為312公升。
312公升也沒有多大,就是龍自己體積的十分之一,約莫是容量150公升的冰箱體積。看起來不多,不過,由於白金是卡在齒縫中的,每次進食都不免有些磨損掉落,那麼,到底多久要補充一次呢?就假設每天需要補充一次好了,以每天三餐來說,吃一餐只會磨損三分之一,算是相當合理。也就是說,一隻龍十天就會挖出和自己體積相同的土石。照這種速度來看,不用多久,龍就得戴上電石燈與安全帽,坐著礦車往遙遠的地底前進了。
還有一個問題,白金可不是到處都有,全世界最有名的白金產地,一個在南非,一個在俄羅斯。如果龍需要定期補稱白金的話,那他們只會出現在南非和俄羅斯囉。嗯,算了,就假設龍的牙齒可以吸附白金,大幅減少白金礦石的需求,只需要在成年第一次點火之前補充一點就好了。這對住在南非與俄羅斯的龍來說當然沒有問題,但對居住在其他地區,甚至是中國、歐洲等地的龍來說要怎麼辦呢?
在無法噴火的情形下長途跋涉雖然危險了點,但也可以說是天擇淘汰的機制,讓我們為無法平安抵達白金礦的龍們默哀吧。
有了白金了,接下來點火應該沒問題了吧?
實際上,氫氣的火焰是無色的,不過片中也有提到氫氣有混入甲烷,而在網路上找到的引爆氫氣球影片也可以見到橘色的火球,所以用氫氣做為燃料是可以做出絢爛的橘色大火球的。問題是,這樣的火球有多大?
氫氣具有高度易燃性,在混合比3%~75%的情形下都可以引爆。混合比太濃浪費燃料,混合比太稀又缺乏殺傷力。那就取中點吧,這樣就假設龍使用的是44%的混合氣體。只要龍先吸一口氣,在吐氣的同時壓縮氫氣囊就可以讓氫氣與空氣混合了,還可以透過壓縮時機來調整混合比,太好了!那麼,這樣子可以製造出多大的火球呢?
由網路上引爆氫氣球的影片可以看到,氣球爆炸後產生的火球約莫是氣球原體積的三倍。以此為依據,便假設混合氣體爆炸之後體積也會變成三倍吧。在44%的混合比下,849公升的氫氣可以產生1929.54公升的混合氣體,引爆後可以產生體積為5788.63公升的火球。看起來挺大的,但實際上還不到自己體積的兩倍大。滿打滿算,當他六立方公尺好了。六立方公尺有多大呢?大概就是一台SMART那麼大。如果噴出的火柱截面積是一平方公尺的話,那射程只有可憐的六公尺。
好吧,如果龍飛得夠快,或是獵物會呆呆的站在那邊不動,這火柱還是相當有用的。就算獵物會到處跑,片子裡也提到龍可以烤肉與孵蛋啊,這兩個用途就不用考慮射程了。
話是這麼說沒錯,不過,還記得氫氣的兩個性質嗎?
熱氣球會上生就是因為熱空氣比較輕。把蠟燭倒過來放,火仍然會往上燒,這是基本的物理定律。那為什麼大家會說華麗的噴火呢?參考噴火用的火焰噴射器是噴出高壓的汽油或丙烷等燃料才會噴出火柱。而且,火球最後還是會往上燒。回到龍族,龍族使用的氣體一來沒有高壓,不能產生向前的力,二來氫氣又很輕,一離開儲存槽就會向上跑。由此觀之,氫氣在點燃的一瞬間就會立刻向上竄,而這時火焰還沒離開龍口呢!也就是說龍會被自己噴出的火焰灼傷!這這這也太慘了吧。向上冒的火球到底有什麼用啊?要烤肉就必須把肉向上拋,那,要孵蛋呢?難道得把蛋往上拋嗎?可是,火焰就是向上冒的啊,也只能這樣了。
為了孵蛋,猛龍得拋棄形象大玩特技,一不小心失手還有斷子絕孫的危險,只能說母愛真偉大啊。
結論
要使用氫氣來飛翔與噴火,不但要打破諸多物理學原理,使用起來痛苦萬分又代價高昂,重點是還沒什麼用。先不提本來就無法解決的問題,就算可以,龍族的氫氣囊仍然是危險性高、完全不實用,甚至可以說是一演化出來就會消失的構造。與其發展這種沒用的系統,倒不如跑得快些,跳得高些來得實際。所以想要快樂活著,安全的把小孩養大,而且不要死於空難。那還是乖乖的在地上爬吧。龍,還是飛不起來,無法噴火的地棲生物。