大家好，我是科学羊🐑。
你小时候有没有想象过自己能飞翔？
说实话，我自己一直梦想自己能飞，小时候喜欢看鸟山明老师的漫画书七龙珠。
七龙珠里有个理论就是对于飞的理论，漫画给的理论是一个“气”字，要会运气，感受天地万物...。
于是我跑到田地里尝试，一直飞不起来...，后来终于放弃了。
尽管人类通过发明飞机征服了天空，但我们依然无法与那些天生拥有翅膀的动物相比。
很遗憾！如今，科学家通过数学分析已经明确地告诉我们：人类永远无法像鸟类那样凭借自身力量飞翔。
鸟类能够飞行的关键在于其身体构造的绝佳平衡。
它们的翼展和翅膀肌肉的力量与体型形成了理想的匹配。与此同时，鸟类的骨骼非常轻巧，甚至是中空的，这大大减轻了翅膀需要承受的负荷。
此外，鸟类体内还有连接肺部的气囊结构，这种设计不仅减轻了整体重量，还使空气能够更高效地通过肺部，确保飞行过程中呼吸顺畅。
相比之下，人类的体型与力量之间的比例让我们注定无法依靠自身飞行。
根据科学计算，一个成年男性若想凭自身飞翔，需要至少6.7米的翼展。而这还未考虑到如此巨大的翅膀本身的重量，几乎完全超出了人体所能承受的范围。
这个现象的背后，是生物体成长中体重和力量的不同增长规律。
随着身体增大，体重增长的速度远远快于力量的提升。
这也是为什么一个6岁的女孩可以比她40岁的父亲完成更多的引体向上——尽管她的力量不如父亲，但她的力量与体型的比例更优。
换句话说，人类并非因为太大而无法飞行，而是因为我们的力量不足以支撑自身的体重。
因此，尽管我们借助技术飞上蓝天，但在人类与自然的较量中，某些界限依旧不可逾越。
我们接着往下看物理学的分析。
01 现实中的鸟类翅膀：从蜂鸟到秃ying
我们先从鸟类说起。毕竟，鸟类是真实存在的，它们的飞行机制也为我们提供了理解飞行的基础。
鸟类的种类繁多，体型和翅膀尺寸也各不相同。
蜂鸟和秃ying
从小如拇指的蜂鸟到翅膀展开堪比滑翔机的秃ying，它们的飞行方式与身体结构息息相关。
蜂鸟体型小、翅膀灵活，可以快速扑动翅膀悬停在空中。
而秃ying则利用巨大的翅膀面积轻松地在高空滑翔。这种差异让我们不得不思考一个问题：为什么鸟类的翅膀形态会差别这么大？
答案其实与两个核心因素有关：升力和重量。
飞行中的升力，是由翅膀与空气的相互作用产生的，简单来说，翅膀面积越大，能产生的升力就越多。
然而，翅膀的升力必须与鸟的重量相平衡，才能保持飞行稳定。
鸟的重量主要由它的体积和密度决定，而体积又与鸟的体型(用半径 R 表示)成正比。
也就是说，当鸟类变得更大时，它的重量增加速度会远快于升力的增长速度。
假如将一只鸟的大小加倍，它的体积(因此重量)会增加8倍，但翅膀的面积(因此升力)只会增加4倍。
这就意味着，更大的鸟需要更大的翅膀比例来维持飞行。
这种现象被称为“尺度物理学”：当尺寸变化时，不同物理因素的变化速率会引发新的问题。
正因如此，蜂鸟和秃ying的翅膀形态看起来完全不同。
为了更清楚地理解这一点，我们可以看看真实数据。
通过收集不同鸟类的翼展和质量，科学家们绘制了一个对比图，显示了两者的关系。
整体来看，鸟的质量与翼展存在一个指数关系，即：
其中，w 是翼展，m是质量，c和 d 是两个常数。
通过将公式线性化(取对数)，我们可以更方便地分析这些数据。结果显示，鸟的质量每增加一倍，翼展大约增加40%。
这就是为什么像秃ying这样的大型鸟类需要巨大的翅膀，而小型鸟类则无需如此庞大的翼展。
02 天使的翅膀：现实中是否可行？
接下来，让我们将这些科学原理应用到天使身上。
假设天使的体重是75公斤，这大致是一个成年男性的平均体重。利用前面建立的模型，我们可以推算出，为了让他像鸟一样飞翔，他需要一双8.87米长的翅膀——约合30英尺！
而电影《X战警：最后一战》中，饰演天使的演员本·福斯特身高约1.73米，他的翅膀长度大约只有4.4米，这显然远远不够。
本·福斯特饰演的天使
也就是说，如果天使真的想靠翅膀飞行，他的翅膀长度至少要翻倍。但这还没完，真正的挑战是他的身体结构。
天使与鸟类有本质的不同。鸟类的骨骼轻盈且中空，肌肉组织也为飞行优化，而人类的骨骼则要结实得多，肌肉密度更高。天使的身体密度显然更接近人类，这意味着他的翅膀需要更强大的力量才能支撑他飞行。
此外，鸟类的胸肌极为发达，用以驱动翅膀快速扑动。而人类的胸肌即使再怎么训练，也远不足以提供同等的动力。
即便天使真的拥有足够长的翅膀，他的飞行方式也更可能像秃ying那样——依赖滑翔，而非频繁扑动。
总结：
通过以上分析，我们可以得出结论：天使的翅膀设计显然不符合现实的物理规律。
要么他需要更大的翅膀，要么他的身体密度需要比普通人类更低。
好，今天就先这样啦～
科学羊🐏 2024/11/22
祝幸福~
「感恩关注，科学羊持续为您带来最好的科普知识」
往期推荐
好奇：如何与外星人交流的数学问题？
假如没有人类，宇宙还有意义吗？不，宇宙并没有为生命做好准备！
