《伯格曼法则在北极》

2025-04-2106:58:38生活经验0

最近袭来的冷空气气息,让人心生寒意

观察近期的天气图,小编的心情如同置身冰窖。

小太阳、暖宝宝、空调、暖气齐上阵,依旧抵挡不住一波又一波的冷空气侵袭!这个冬天如此严寒,我们该如何度过?倘若这寒冷持续下去,全球是否会出现覆盖性的暴风雪,我们又该如何应对?

寒冬降临,人类的文明如何延续?图片为Frostpunk场景截图

“真空中的球形鸡”这一概念

Spherical Chicken

人类的本质是什么?是飞翔的鸽子还是复读机?根据科学家的观察,如果人类每天都在寒潮中生活,为了生存,或许真的会进化成一只“球形鸡”……

不同纬度生活的熊的体型对比图 © AWRD ()

伯格曼法则(Bergmann's rule)是描述同一种类恒温动物随着生活地区纬度或海拔增高,体型会变大的自然规律。例如,北极熊的体型比其他地区的熊类更大。这背后的机理在于,单位体积的产热功率一定,如果动物的相对体表面积(体表面积与动物体积之比)变小,就能更好地保存热量,适应寒冷环境。就像我们身体内的细胞,为了更好地和外界交换效率,保持足够大的表面积,通常都会特别小。

细胞结构及其内部各种细胞器示意图 © Yasislas

艾伦法则(Allen's Rule)是另一个关于动物体型的规则。它认为在恒温动物中,生活在寒冷地区的物种四肢更短,体型更圆。这有助于它们在寒冷环境中更好地保存热量。

长耳大野兔与雪兔的对比 © Pschemp & © D. Gordon E. Robertson

在产热功率一定的情况下,表面积越小,散热功率越小,身体也就更容易保暖。就像一个物体有8个单位体积大小,当它排列成1x2x4的形状时,表面积为28;而当它变为2x2x2的立方体形态时,表面积就降为24了。

相同的体积下,立方体的表面积相较于长方体更小。

我们现在的身体特征是几万年来与大自然的结果。例如很多人有的蒙古褶是为了让脂肪更好地包裹眼球。Steegmann于1968年进行的实验也验证了艾伦法则和寒冷环境之间的关系。

在寒冷环境中生存的人们如爱摩斯基人,他们的形态特征与艾伦法则相符。最近的一项研究也发现,越靠近北极圈的人们体重越重,体型也越符合艾伦法则的预期。

北欧的萨米人生活场景

天寒地冻中,科学规律告诉我们进化成一个“球形”才是最正经的御寒方式。如果来不及进化……那就先把自己裹成一个球吧。

冬日穿衣指南 © libbyvanderploeg

“搓手手有用吗?”

Rubbing Your Hands

当我们搓手手时,能感受到温暖从双手中逐渐涌现,这不仅能带来温暖,还能让我们心中感到一丝慰藉。

搓手取暖不仅是一种机械能转化为热能的物理过程,它还是一种生理活动。它不只存在于我们的日常生活中,更是我们祖先留给我们的宝贵财富。

古代人们对于燃素说的错误认知及后来的热质说等物理理论的发展。

对于我们看起来显然的机械能和热能的相互转化这一事实,在几百年前并不明显。普利斯特里关于氧气的研究了燃素说,建立了热质说。然而这一理论也有其局限性。

硬核少年野外利用手钻钻木取火的故事——这是对当时人们将热质说视为和分子运动论等效理论的一种反驳。

之前的理论都不正确。

直到焦耳提出理论:热只是能量的一种形式。他通过实验测量了热和能量单位之间的转换系数——热功当量。

焦耳的实验仪器图片来自Aberdeen University Museum