有没有可能建造一座塔跟珠穆朗玛峰一样高？

□新时报记者 江丹

我们生活在一个结构的世界，包括我们的躯体也是具有精密的结构。世界材料科学和生物力学研究领域的先驱者之一、英国科学家詹姆斯·爱德华·戈登在他那本著名的结构科普著作《结构是什么》中，向读者介绍了很多关于结构的奥秘。那些看似寻常的存在，都有它们各自的道理。

很多读者留意到，随着年龄渐长，我们的身体变化是一个逐渐硬化的过程，实际上，如果放眼整个生物进化史，也是如此。“早期更原始的动物大多是由软材料构成的，不仅因为这样的材料能使之更易扭动且能任意延展自身，还因为这些软组织通常是坚韧的，而像骨骼这样的刚性结构却往往是脆弱的。”戈登写道。事实上，骨骼的生长和硬化还会给生物的生长和繁殖带来很多麻烦，“尽管如此，但脊椎动物从受精卵发育到胎儿的过程，就像普遍的天然结构一样，在某些方面是从软变硬的过程，而且在婴儿出生后，这个硬化过程仍在持续。”骨骼这种坚硬的结构可以保护我们免受一些自然的侵扰，更加适应陆地的生活，但是就像汽车在行驶过程中需要减震悬架一样，我们在直立行走或者奔跑的过程中，也需要一些减震组织，缓解因为运动而造成的骨骼对身体的冲击。比如肌腱，它会储存和释放能量，帮助我们的躯体在运动时更加自如、省力。戈登在书里介绍，比起人类，经常跳跃的袋鼠或许拥有应变性能更加优良的肌腱。

随着年龄越大，骨折的风险似乎也越大。我们往往将其归咎于骨骼由钙化引起的脆化。“骨骼脆化无疑对骨折起到了推波助澜的作用，但它并非最重要的因素。据我所知，没有可靠的数据支持骨骼的断裂功随年龄变化的说法，而抗拉强度从25岁到75岁只下降了约22%，看起来并不是大幅降低。”戈登在《结构是什么》中写道。

戈登在书里引用了一项研究成果解释，“老人骨折的一个更重要的诱因是逐渐失去了对肌肉拉伸的神经控制。比如，突发的惊吓可能导致肌肉收缩。当这种情况发生时，病人会倒在地上，或者倒在某些障碍物上，以至于骨折被错误归咎于跌倒而不是肌肉痉挛。据说某些非洲的鹿被狮子吓一跳时，它们的后腿也会发生类似的骨折。”

不仅是我们的躯体，我们日常所见的布料裁剪都有跟结构有关的奥秘。“布料虽然被裁缝称作‘材料’，但它其实是一种结构，是由分离的纱或线构成的，这些纱线彼此呈直角交叉状，在载荷作用下的行为同梁或桁架的格架腹板几乎一样。如果你用手拿起一块方形的普通布料，比如一块手帕，你就会容易看出，它在拉伸载荷作用下的形变方式明显取决于你拉扯它的方向。如果你相当精确地沿经纱或者纬纱拉扯，那么这块布的伸展幅度极小；换言之，它在拉伸状态下是强劲的。”

一块布料的结构是否强劲，意味着它能作何用途。像是一些女装需要斜向裁剪，那么它就需要更大的延展幅度，确保最后剪裁得体，而帆船上用到的帆布，便必须要有强劲的结构。据戈登介绍，在很早之前，欧洲人的船帆编织松散，容易变形，而直到19世纪，“美国的制帆工匠使用以紧密方式编织的棉质帆布，它们接缝的方式是使缝线的方向与应力的方向更接近”，这让美式帆船比英式帆船行驶得更快。

在今天，我们常常感叹建筑物的神奇，它们的高度和造型都不断突破我们的想象。其中，人类熟悉的砖石构造作为一种稳定的建筑结构，让设计师和建筑工人有了大胆尝试的底气。“初等运算表明，有平行墙壁的塔可建到7000英尺或2000米的高度，一旦超过这个高度，底部的砖块就会被压碎。然而，如果我们让墙壁朝顶部收拢，塔还可以建得更高，山峰差不多就是这样形成的。珠穆朗玛峰如此之高且无崩塌的迹象。因此，若一座简单的塔具有较宽的地基并逐步向顶部收拢，就很有可能建到这样的高度。”戈登在书里写道。

事实上，我们见过高高矗立的建筑物，但它们没有一栋会像珠穆朗玛峰一样高。“通常，当这座塔达到一个适中的高度时，它就会倒塌……砖块中的实际应力是微不足道的，实际情况是，砖块之所以倾倒和坍塌，是因为塔既不笔直也不垂立。换言之，坍塌是由于缺乏稳定性，而非缺乏强度。”也就所谓的结构并没有设计好、建设好。

比起需要人类构思的高塔建筑，自然生长的参天大树似乎不用担心让它们坍塌的结构问题。它们对高度的追求也远非像人类这样充满征服感，而是一种节能且又有安全感的生长方式。

“那些更小且原始的植物通常是软的，所以植物既不能追捕其食物，也没法躲避其天敌。然而某种程度上，它可以通过长高来自保，并争夺更多的阳光雨露。尤其是树木，它们十分巧妙地伸展，又能挺立直面狂风的威胁。”戈登解释。

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