ชีวิตที่พอเพียง ๒๕๙๐. ขนาดมีความหมาย

กฎฟิสิกส์ที่กำหนดขนาดใหญ่คือแรงโน้มถ่วง และกฎฟิสิกส์ที่กำหนดขนาดเล็กคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้า


ภาพยนตร์สารคดี บีบีซี ชุด Wonders of Life มี ๕ ตอน ตอนที่สี่ Size matters ศาสตราจารย์ Brian Cox ผู้นำเสนอ พาเราเข้าป่าไปชมต้นไม้ยักษ์ Mountain Ash ที่มีอายุได้ถึง ๓๐๐ ปี และเติบโตได้เรื่อยๆ จนถึง ๖๐ - ๗๐ เมตร ที่กำหนดโดยกฎด้านฟิสิกส์ คือกฎแรงโน้มถ่วง ที่ทำให้น้ำหนักมาก ต้นไม้ที่สูงที่สุด ๑๓๐ เมตร จำกัดด้วยการขนส่งน้ำสู้แรงโน้มถ่วงไปยังกิ่งและใบ

เราไปเที่ยวทะเลออสเตรเลีย ไปชมฉลามเพชรฆาต หรือฉลามขาว ที่ยาวถึง ๕ เมตร น้ำหนัก ๑ ตัน แต่ว่องไวสุดๆ สัตว์ที่ขนาดใหญ่ที่สุดที่เคยมี อยู่ในทะล เหตุผลคือน้ำทะเลช่วยพยุงน้ำหนักที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง แต่การอยู่ในน้ำก็มีข้อด้อย คือน้ำมีความหนาแน่น ๘๐๐ เท่าของอากาศ ทำให้สัตว์เคลื่อนไหวได้ช้า จึงต้องปรับรูปร่างให้ต้านน้ำน้อยที่สุด ปลาส่วนใหญ่จึงมีรูปร่างอย่างที่เห็น

เขาพาไปดูจิงโจ้ ที่ตัวโตๆ น้ำหนัก ๘๐ - ๙๐ กิโลกรัม สามารถวิ่งแบบกระโดดสองขาหลังได้เร็วมาก เขาอธิบายว่าเพราะจิงโจ้วิวัฒนาการเอ็นข้อเท้าให้มีความยืดหยุ่นคล้ายยาง เมื่อตีนกระทบพื้นก็มีแรงดีดช่วย จึงวิ่งได้เร็วและออกแรงน้อย ความยืดหยุ่นที่เอ็นข้อเท้าช่วยให้เกิดการใช้พลังงานอย่างมีประสิทธิภาพ ในการต้านแรงโน้มถ่วง เวลาวิ่งแบบกระโดด

เขาเอาไม้ลูกเต๋ามาอธิบายว่า เมื่อขนาด (กว้าง ยาว สูง) เพิ่มขึ้น ๑ เท่าตัว (เป็น ๒ เท่า) ปริมาตร(และน้ำหนัก) ตัวจะเพิ่มขึ้นเป็น ๘ เท่า เป็นภาระต่อการใช้พลังงานต้านแรงโน้มถ่วง สัตว์ตัวยิ่งโต กระดูกก็ยิ่งต้องแข็งแรง เพื่อรองรับน้ำหนักที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง

แมลงเป็นสัตว์มหัศจรรย์ ที่หลอกแรงโน้มถ่วงได้ แมลงที่พบบ่อยมากและมีความมหัศจรรย์คือแมลงปีกแข็ง เขาเอาด้วงแรดมาแสดงความแข็งแรงของมัน ให้มันเกาะท่อนไม้ที่มีน้ำหนักมากกว่าน้ำหนักตัวด้วงหลายเท่า แล้วจับนอของมันให้มันรับน้ำหนักไม้ที่เกาะ มันทำได้สบายๆ ถ้าเป็นคน เราก็จะมืออ่อนตีนอ่อนปล่อยท่อนไม้ และเมื่อด้วงแรดตัวผู้สู้กันบนกิ่งไม้สูง ตัวที่แพ้จะถูกดันตกลงมาที่ความสูงหลายสิบเท่าของความสูงของตัวด้วง มันก็แค่กระดอนไป แล้วคลานต่อไปตามปกติ เขาสรุปว่า สัตว์ยิ่งตัวเล็ก ยิ่งแข็งแรง

แรงโน้มถ่วงทำให้ของตกจากที่สูง แต่ของที่ตกจะเป็นอย่างไรขึ้นกับหลายปัจจัย เขาลองโยนผลองุ่นจากชั้นสองลงไปที่พื้นซีเมนต์ชั้นล่าง ผลองุ่นกระดอนไปสงบนิ่งในลักษณะปกติ แต่เมื่อโยนผลแตงโมแบบเดียวกัน...แตกกระจาย อธิบายโดยผลเล็กพื้นที่ผิวมากเมื่อเทียบกับมวล ความยืดหยุ่นสูง ช่วยการกระดอน ผลใหญ่ มวลมาก พลังงานที่เขาเรียก connected energy ที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงสูง ผลแตงโมจึงแตกเป็นเสี่ยงๆ ผมนึกในใจว่าถ้าผมอยู่ที่นั่นด้วย จะขอให้เขาโยนผลที่สาม คือผลมะพร้าวแห้ง มันจะกระดอนเก่งยิ่งกว่าผลองุ่น ศ. ค็อกซฺ จะได้อธิบายอีกแบบหนึ่ง

ผมลองอธิบายก็ได้ เมื่อผลองุ่น แตงโม มะพร้าวแห้ง กระทบพื้นปูน เขาต้องปลดปล่อยพลังงานออกไป ผลองุ่นและมะพร้าวแห้งใช้วิธีกระดอน เพราะมีคุณสมบัติทางฟิสิกส์ให้ยืดหยุ่น แต่แตงโมไม่มีคุณสมบัตินั้น ต้องปลดปล่อยพลังงานโดยการแตก เขาบอกว่า ขนาดยิ่งเล็กความยืดหยุ่นยิ่งสูง

แรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรงชนิดเดียวในธรรมชาติ ยังมีแรง(หรือพลัง)แม่เหล็กไฟฟ้า (electro-magnetic force) ที่แมลงเอามาใช้แบบไม่รู้ตัว โดยวิวัฒนาการตีนให้มีขนเล็กๆ มีของเหลวอยู่ จึงใช้แรงแม่เหล็กไฟฟ้าเกาะและเดินไต่ผนังที่ลื่นแบบผิวแก้วได้สบาย

เขาพาเราไปสู่โลกขนาดเล็กของ Trichogramma แมลงที่เป็นตัวต่อ (wasp) ชนิดหนึ่ง ที่เป็นปรสิตของไข่ผีเสื้อศัตรูพืชของมะคาเดเมีย โดยผีเสื้อไข่ไว้ที่ผิวของผลมะคาเดเมีย ตัวต่อไข่เข้าไปในไข่ผีเสื้ออีกที ตัวต่อนี้ขนาดครึ่งมิลลิเมตร มองด้วยตาเปล่าแทบไม่เห็น โลกของเขาหลุดพ้นพลังของแรงโน้มถ่วง เพราะความเล็กของเขา

ไปทำความเข้าใจโลกที่เล็กยิ่งกว่านั้น คือ Thrombolite ซึ่งเป็นแบกทีเรียโบราณ มีชีวิตอยู่กันเป็นกลุ่มจำนวนมากมาย และตายทับถมกัน มีแคลเซี่ยมจากน้ำทะเลมาเกาะ เห็นเป็นก้อนหินกระจัดกระจายที่ชายฝั่ง เขาอธิบายว่า กฎฟิสิกส์ที่ซับซ้อนบอกเราว่า แบกทีเรียขนาดเล็กที่สุดได้ ๒๐๐ นาโนเมตร ความจริงนี้ ใช้ได้กับชีวิตที่อยู่บนฐานคาร์บอนทุกชนิด ทั้งในโลก และในจักรวาล

กฎฟิสิกส์ที่กำหนดขนาดใหญ่คือแรงโน้มถ่วง และกฎฟิสิกส์ที่กำหนดขนาดเล็กคือแรงแม่เหล็กไฟฟ้า

และขนาดก็เกี่ยวข้องกับความต้องการพลังงานของร่างกาย เขาจึงพาไปดูชีวิตของค้างคาวขนาดเล็ก น้ำหนักเพียง ๑๘ กรัม ขนาดที่เล็กเช่นนี้ทำให้ค้างคาวคงอุณหภูมิกายให้คงที่ได้ยากมาก ต้องใช้พลังงานมาก แต่ละคืนจึงต้องกินอาหารที่น้ำหนักรวมเท่ากับน้ำหนักร่างกายของตนเอง ชีวิตของผมคงจะยากลำบากมากนะครับ ถ้าผมต้องกินอาหารวันละ ๕๐ กิโลกรัม

ความร้อนที่สูญเสีย(ออกจากร่างกาย) เป็นปฏิภาคกับพื้นผิวร่างกาย ตัวยิ่งเล็ก พื้นผิวยิ่งมากเมื่อเทียบกับมวลหรือขนาด ค้างคาวนี้จึงต้องหารทางลดการสูญเสียความร้อนในตอนกลางวันตอนเกาะห้อยหัวอยู่ในถ้ำ โดยการเกาะเป็นกลุ่ม

สัตว์ขนาดเล็กจึงต้องการพลังงานสูงมากในการดำรงชีวิต เมื่อเทียบกับขนาดตัว ทำให้อัตราการเผาผลาญอาหาร (metabolic rate) ต้องสูง ความเร็วต่างๆ ในการดำรงชีวิตก็สูงตามไปด้วย เช่นอัตราการเต้นของหัวใจ

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เป็นสัตว์เลือดอุ่น อุณหภูมิร่างกายต้องคงที่ โดยการเผาผลาญอาหาร หากตัวโต พื้นที่ผิวร่างกายจะน้อยกว่าสัตว์ตัวเล็ก อัตราการสูญเสียความร้อนออกจากพื้นผิวจะน้อยกว่า สัตว์ตัวโตจึงต้องการอาหารน้อยกว่าเมื่อเทียบกับน้ำหนักตัว นี่คือข้อได้เปรียบของสัตว์ขนาดใหญ่

สัตว์ตัวโตต้องมีโครงกระดูกใหญ่ไว้รองรับน้ำหนักตัว กระดูกเป็นอวัยวะที่ใช้พลังงานน้อย สัตว์ใหญ่จึงมีอัตราการเผาผลาญอาหารต่ำ และอายุยืนกว่า

ที่สุดท้าย เขาพาเราไปที่ Christmas Island ของออสเตรเลีย เกาะแห่งปู ไปชม Robber Crab ที่น้ำหนักตัวอาจถึง ๔ กิโลกรัม ปีนต้นไม้เก่ง เชื่องช้า แต่อายุยืน เพราะอัตราเผาผลาญอาหารในร่างกายต่ำ

ลงท้ายทุกอย่างก็อยู่ที่ความพอดี ความลงตัวระหว่างปัจจัยที่หลากหลาย ในทางพุทธเรียกว่า ทางสายกลาง

ขอขอบคุณอาจารย์หมอปรีดา มาลาสิทธิ์ ที่เอื้อเฟื้อภาพยนตร์


วิจารณ์ พานิช

๓๐ ธ.ค. ๕๘


บันทึกนี้เขียนที่ GotoKnow โดย  ใน KMI Thailand



ความเห็น (0)