Когда гравитация становится слишком большой для гуманоидов?

Предположим, вы взяли Землю или подобную ей планету и удвоили ее массу, гравитация, очевидно, увеличилась бы в какой бы то ни было пропорции.

В результате люди, какими мы их знаем, будут… толще (наверное?), чтобы выдержать дополнительную гравитацию.

При каком порядке величины гравитации (или ее относительного размера к Земле) стало бы невозможно поддерживать гуманоидную (подобную) форму жизни? То есть тело может адаптироваться к гравитации только до определенной степени, прежде чем оно станет слишком подавляющим, чтобы поддерживать жизнь.

Я пытаюсь получить представление о том, какая сила гравитации потребуется, и какой калечащий физиологический фактор первым сделает гуманоидную жизнь невозможной.

Возможно, вам придется дать свое определение гуманоидности. В научной фантастике существует история, допускающая гномьи черты в условиях высокой гравитации, но если вы ищете предел, нам понадобится порог, который вы планируете искать в получающихся формах тела.
у меня гравитация 10 г для того, чтобы что-то размером с человека (50 кг) было возможно на суше. Я предположил, что самые большие динозавры весили 50 тонн и что, став в десять раз меньше, они станут в 1000 раз менее массивными, но только в 100 раз слабее, чтобы они могли поддерживать себя в 10 раз более сильной гравитации.
zidbits.com/2012/02/… Претензии до 3-х раз. Однако любое изменение гравитации приведет к тому, что люди станут выше/ниже. Это уже наблюдалось у космонавтов.
Удвоить массу или удвоить радиус ?
Масса. Я уточнил вопрос.

Ответы (3)

Подводя итог: в более высокой гравитации гуманоиды должны быть меньше, иначе они не смогут поддерживать собственный вес. Однако более мелкие существа не могут иметь достаточно сложную нервную систему, чтобы быть разумными.

Первая часть ответа связана с гравитацией планеты. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, сила тяжести, действующая на объект, равна:

Ф знак равно г м 1 м 2 р 2
Игнорирование фактора г , гравитационное ускорение (сила над массой) прямо пропорционально массе планеты М и радиус планеты р (для объекта на поверхности расстояние равно радиусу):
г ∝ М р 2
Масса планеты, если предположить, что плотность остается постоянной, пропорциональна объему, который пропорционален кубу радиуса:
М знак равно р В ∝ р 3
Итак, мы находим, что гравитация на поверхности планеты пропорциональна радиусу:
г ∝ р 3 р 2 ∝ р
Итак, если вы удвоите размер планеты, гравитация также удвоится.

Вторая часть вопроса касается живых организмов. Форма организма связана с его размером благодаря тому, что мы называем законом квадрата-куба . По существу, прочность пропорциональна площади (размер в квадрате), а вес пропорционален объему (размер в кубе). Вот почему человека нельзя было просто масштабировать до гигантских размеров, ему нужно было бы стать толще (как вы указали).

По мере изменения соотношения веса и прочности конструкции должны менять форму. По мере увеличения соотношения (больше веса) конструкции должны становиться толще ( например , слон); по мере уменьшения отношения (меньше веса) структуры могут становиться более тонкими ( например , муха). Обратите внимание, что наиболее специфические формы возникают в определенном диапазоне этого отношения, т . е . определенного размера: не существует прямоходящих гуманоидов, намного больших или меньших, чем люди.

Для данной плотности вес также пропорционален силе тяжести, поэтому отношение пропорционально силе тяжести и размеру:

Вт Ф ∝ г л 3 л 2 ∝ г л
Это означает, что для сохранения того же соотношения и, следовательно, той же (гуманоидной) формы существо должно становиться меньше по мере увеличения гравитации. Следовательно, размер существа, которое разовьет гуманоидную форму, обратно пропорционален размеру планеты. Таким образом, на планете, вдвое превышающей размер Земли, у вас будут гуманоиды размером 1 м / 3 фута.

Существуют ограничения по размеру: у меньших гуманоидов может не быть достаточно сложного мозга, чтобы быть разумным, поэтому гравитация не может увеличиваться без ограничений. Если вы считаете детей или дварфов достаточно близкими к минимальному размеру/сложности, то мы ищем существ размером около 1 м/3 фута.

Примерно в два раза меньше среднего человека, гуманоид ростом 1 м/3 фута может развиваться на планете с двойной гравитацией/двойного размера. Это очень, очень грубая оценка, поэтому абсолютный предел может быть выше (возможно, 4 или 5 г ).

+1: Одним из обходных путей может быть вычислительный механизм, более массовый, чем нейрон. Тот факт, что я рассмотрел такой обходной путь, говорит о том, что ответ был чудесно полным!
Более приемлемый обходной путь — бросить этих маленьких примитивных приматов в воду и позволить им эволюционировать в водную жизнь, расти и развивать больший мозг, сохраняя при этом две пары конечностей.
@CortAmmon Нам даже не нужны более эффективные нейроны - просто более эффективные архитектурные планы, основанные на одних и тех же нейронах. Птицы, например, упаковывают нейроны намного плотнее, поэтому их мозг физически меньше и легче при той же сложности нейронов, что и у приматов.

Так что это будет не полный ответ. Я согласен со сделанными комментариями в том, что без уточнения пунктов/дальнейших решений с вашей стороны нельзя дать полный ответ.

Кроме того, если вы ищете точный научный ответ, скорее всего, потребуется провести достаточное количество исследований и математических расчетов.

На мой взгляд, есть три основные вещи, которые вам необходимо определить, чтобы полностью ответить на ваш вопрос:

  1. Определить силу тяжести планеты, в два раза превышающей размеры Земли.
  2. Это люди, которые приспосабливаются к этой планете, или они гуманоидные инопланетяне, которые эволюционировали здесь?
  3. Насколько важны «калечащие психологические факторы» (ы)

1 Количество гравитации:
https://forum.cosmoquest.org/forum/science-and-space/astronomy/9692-how-do-i-calculate-gravity-on-other-planets ( здесь можно найти снимок страницу во время ответа)
И следите за новостями: http://www.scientificamerican.com/article/how-do-scientists-measure/

2 человек или нет
Мне это кажется очень важным, так как человек, выросший в другой среде и пытающийся адаптироваться к сильной гравитации, поначалу будет иметь крутой подъем. Я могу себе представить множество проблем со здоровьем (кровообращение, скелет, мускулатура и т. д.) и риск несчастного случая (падение может быть чрезвычайно разрушительным, прежде чем человеческое тело наберет достаточно сил, чтобы справиться с гравитацией... если это даже мог). Человеческий младенец, рожденный на этой планете, и в гораздо большей степени гуманоиды, развивающиеся в этой среде, скорее всего, будут иметь гораздо меньше проблем (вплоть до нуля с гуманоидными пришельцами).

3 Психология
В зависимости от ваших ответов на вопрос 2 я бы предложил один или оба из следующих вариантов: Падение, в частности, с высоты над плоской поверхностью (в отличие от простого падения). Если гуманоиды адаптируются к более тяжелой гравитации, боль жизни...

Наконец, была написана трудная научно-фантастическая книга, в которой исследуются некоторые воздействия на людей, но в основном на местные формы жизни планеты с высокой гравитацией. Я рекомендую прочитать об этом или прочитать его для некоторых идей. Книга « Миссия гравитации » Хэла Клемента (настоящее имя Гарри Стаббс).

В своей книге он показывает человека, имеющего дело где-то между 2 1/2 и 3 g (насколько я помню). Он также создал разумную инопланетную расу, которая может выдерживать гораздо большую гравитацию... хотя они явно НЕ гуманоиды (и я полагаю, что это было частью его идеи... их форма была определена путем эволюции под огромным гравитационным давлением). Особо следует отметить, что у расы был выученный крайний страх высоты...

Не будет ли еще одним ограничением доступная атмосфера в условиях более сильной гравитации? Увеличьте гравитацию слишком сильно, и ваша планета начнет удерживать гелий и водород. Точно так же увеличивается давление воздуха, влияя на точки кипения и испарения всех видов химических веществ. Я полагаю, что пригодность чужой планеты в долгосрочной перспективе очень мала. Я думаю, вы бы ограничились 0,75, что в 3 раза превышает размер Земли.

Хороший вопрос, Скотт! Кажется, в вопросе ОП есть скрытое предположение. А именно, что атмосфера все равно останется достаточно разреженной. Если бы атмосфера была более плотной (приближенной к плотности воды), то я бы предположил, что физически могло поддерживаться большее количество гуманоидных форм. Но тогда дельфиноподобные/китоподобные формы, вероятно, были бы предпочтительнее для лучшей локомоции.
Когда гравитация становится слишком большой для гуманоидов?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 7v