金鸿评论：现代人不懂科学（上）人类没有能力飞出太阳系

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　　当今世界奉行的发展模式，是把地下的资源开采出来，加工成产品供人类使用，这种模式是不可持续的，因为地球上的资源终有耗尽的时候，耗尽以后怎么办呢？

　　西方人给出的办法是外星殖民，他们从地理大发现开始崛起，靠的是全球殖民，这是他们的成功经验。

　　但是，星际旅行不同于地球上，人类是生活在地球上的动物，在地球上的不同角落比较容易适应，出了地球就不一样了，为什么这么说呢？

　　大家都知道，现在天上有两个空间站，宇航员在空间站停留一段时间以后，身体会发生明显的变化，比如在太空停留半年以后宇航员的动脉会硬化17-30%，相当于在地球上10-20年的正常老化速度，这种情况对于星际旅行来说是致命的。

　　就拿去火星来说吧，从地球飞过去需要一年半的时间，这段时间可以让血管老化60年，一个25岁的小伙子飞到火星以后血管年龄变成了85岁，稍有剧烈运动就可能出大事。但是，火星在着陆阶段需要减速，冲击力非常大，有几个85岁的老人能够挺过这个阶段呢？如果挺不过去，不就是在往火星上面送死人吗？

　　也许有人会问，为什么会出现这样的情况呢？我今天用力学专业的知识给大家简单分析一下：

　　血液在血管里面循环会遇上阻力，如果没有阻力，血液可以永不停息地循环下去，就像在马路上开车，如果没有阻力，挂空档照样跑，由于有阻力，只能不断踩油门，由此可见，心脏的搏动主要是为了克服循环阻力。

　　那么，在血液循环过程中存在哪些阻力呢？

　　第一，地球引力。由于地球引力的存在，血液从心脏往头顶上供应需要克服重力，脚底的血液流回心脏也得克服重力。

　　第二，沿程阻力。这是一个流体力学的专业名词，指的是流体在直管中流动时由于摩擦而产生的阻力。沿程阻力主要受管壁的影响，就血液循环来说，动脉硬化出现以前阻力小一点，动脉硬化出现以后阻力大一些，为了克服这部分额外增加的阻力，血压只能提高，高血压就出现了。

　　沿程阻力与管径成反比。毛细血管的直径只有几微米，比头发细得多，肉眼根本就看不到，这种血管中的沿程阻力系数是要上天的。

　　第三，局部阻力。在管道出现弯曲、分叉或者阀门的时候产生的阻力，叫做局部阻力。人体的血管几乎没有直的，弯曲阻力很大；血液从心脏流出以后，血管不断地逐级分叉，次数极多，这种阻力也很大；静脉当中有防止血液倒流的瓣膜，也会形成很大的局部阻力……

　　第四，末端阻力。血液进入细最的毛细血管以后，运动形式发生了质变，这种毛细血管只能容纳一两个红血球通过，在这样的血管当中运动已经不是流动了，而是滑动或者滚动，这种阻力要比流动阻力大得多。

　　还有就是，血液不是理想流体，而是一种非常黏稠的液体，里面不仅有红细胞、白细胞和血小板，还有蛋白质和低分子的物质，这种液体的阻力系数要比相同情况下的理想液体大得多。什么是理想流体？就是一种想像中的最容易流动的流体，现实当中并不存在。

　　把血液在循环过程中出现的各种阻力简单理顺一遍以后，再来看几个数据：

　　据统计，一个身高175厘米体重70公斤的人，全身的血液大约是5千克，心脏到地面的距离是1.3米，在安静的状态下，心脏的功率是1.4瓦特，一天的血液循环次数是1900次。

　　有了这些数据以后，我们开始进行计算：

　　24小时的血液循环总重量为：5*9.8*1900=93100牛顿

　　以血液从脚底流回心脏克服的重力为标准，血液循环所做的功：93100*1.3=121030焦耳

　　心脏24小时所做的功：1.4*3600*24=120960焦耳

　　两个数据基本上一样大。

　　但是，血液循环分为四个阶段：

　　血液从心脏流出，经过主动脉进入分支动脉是第一阶段，这个阶段的阻力主要是地球引力，把血液送到头顶需要克服。血液从主动脉流到脚底基本不消耗能量。

　　第二阶段是血液经过各级分支动脉流到全身的毛细血管，第三阶段是血液从毛细血管逐级汇合进入主静脉，这两个阶段的阻力占了全部血液循环阻力的绝最大部分，末端阻力、局部阻力和沿程阻力的大部分都在这两个阶段。

　　第四个阶段是血液沿主静脉流回心脏，这个阶段的主要阻力也是地球引力，把血液从足底打回心脏需要克服。

　　通过前面的计算可以发现，心脏做功产生的力量，只够克服第四阶段的地球引力的，让血液从主静脉流回心脏，但是，血液循环的阻力大部分来源于第二阶段和第三阶段。

　　就拿沿程阻力来说吧，人体血管的总长度接近10万公里，经常接触水泵的人都知道，1.4瓦特的功率，那么细的管径，别说里面流的是阻力系数巨大的血液，就算是纯净水，也送不出100公里去，根本没有那么大的力量。

　　不断分叉产生的局部阻力同样惊人。人体有400亿根毛细血管，如果按照一分为二、二分为四的方式分叉，需要36次才能达到这个级别。36次变径分叉意味着什么，非专业的人很难有感觉，这么说吧，把一张纸对折起来很容易，对折14次却没人能够做到，管道变径在工程上实现起来比折纸困难得多，36次变径远远超出了人类目前的技术水平。血液循环实现的方法不是现代科学能够理解的，认为用一台心泵就能实现血液循环是在白日做梦。

　　在这四种阻力当中，最大的还是末端阻力，因为这种阻力根本就不是流动阻力。局部阻力排在第二位，沿程阻力排在第三位，引力产生的阻力最小。

　　现在问题来了，心脏根本没有能力克服这些阻力，克服这些阻力的力量是从哪里来的呢？很多人认为血液循环是心脏搏动的结果，其实维持血液循环的主要力量科学家们根本就没有发现。

　　分析完了血液循环的各种阻力以后，再来看一下宇航员在太空的情况：在太空停留半年以后宇航员的动脉会硬化17-30%，心脏会变小，宇航员回到地球上以后，经过几个月的疗养以后，动脉硬化的症状可以恢复到升空以前的状态。要知道，在地球上的人们出现动脉硬化以后是不可逆的。

　　为什么会出现这些情况呢？

　　心泵的主要作用是克服第一阶段的阻力，把血液从心脏供应到头顶。这个阶段的阻力包括重力阻力、主动脉的沿程阻力和局部阻力，还有一部分心脏自身的内部循环阻力，克服后面三个阶段的阻力不是心脏的职责。由于空间站上的地球引力非常小，心脏的负荷下降很多，输出功率随之减少。心脏的输出功率减少以后，血流速度变慢，一个心动周期内进入心脏的血液数量也随之减少。心脏里面的血液数量变少以后，体积就变小了。

　　血流速度下降以后，血液对血管壁的冲刷力度减弱，血液中的一些成分很容易附着在血管壁上，宇航员的动脉硬化速度就大大加快了。回到地球以后，心脏的负荷增加，输功率随之提高，血流速度变快，一个心动周期内进入心脏的血液数量增加，心脏的体积就变大了。

　　血流速度变快以后，刚刚堆积在血管壁上导致血管硬化的成分在血液的冲刷下开始脱离血管壁，宇航员的动脉硬化就减轻了。

　　火星离地球最近，人类登陆尚且困难，出太阳系至少要在太空当中旅行几十年，人类如何解决呢？

　　要知道，血管硬化只是一个小问题，比它严重得多的大问题还有好几个。外星殖民并不现实，地球是人类的唯一家园，人类现有的发展模式迟早要进行深度调整。