大前提P：人类没有灭绝，没有成为人工智能的奴隶，没有外星人或者神灵干预，没有根本性的突变，没有《达尔文电波》的遥控定向，没有生化/机械躯体改造，没有变成硅基或者量子态或者八维或者二维……总之就是没有各种科幻里翻天覆地的改变。脱离了现有框架，预言就没啥意义了。

另外，除非特别注明，否则本假想只讨论体质体貌的遗传因素，不考虑生活方式改变导致的后天变化，因为后天变化不能遗传。也许未来所有人都会变成侘姹从而体弱无力，也许健美时尚席卷全球个个都变成施州长，这个科学就无能为力了。

《Dr.You之无责任未来编年史》

编者：Ent

背景A0：

• 2012AD，由于滥用基因工程导致局部生态灾难，所有的基因工程和积极优生学措施全部被禁止。
• 2032AD，全球协力打造的火星登陆飞船"Steed号"甫一进入轨道即失去联络，对宇航事业产生沉重打击，砖家Shea预测从此地外载人探索将绝迹。

（好吧，设定这个背景只是为了防止多个因素交织到一起而已。）

情景A1：放松的自然选择

12012AD，著名科技考古学家Fujia发掘出一个古代医学数据库，破译后发现，漫长的一万年之间人类遗传体质特征不但没有进步，反而略有倒退。在数十年争吵之后，大部分主流国家同意应当打破禁忌，重新恢复基因工程研究；但对于如何投入实际应用，未能达成一致意见。

预测B1：

现代社会里，科技进步愈发抹平了人与人之间的躯体健康差异，并且让生物学适应度与之脱钩。"成功人士"的存活后代未必增多，身体健壮者也未必。现在的生物学意义上的失败者（没有留下后代的人），只有少部分是遗传病导致绝育和早夭，大多是由社会性因素导致的。可以说，随着科技的发展，自然选择逐渐在人类身上失去了力量——至少是不再能决定人类体质的演化了。

不过，没有了自然选择，并不意味着遗传素质就会原地踏步。基因总是在发生突变的，而因为突变没有方向性，变坏比变好的可能性大得多。在一个自然选择主导的种群里，那些坏突变会很快被淘汰掉，让整体维持在一个较好的水平上；但是现在自然选择逐渐失去了作用，当然也无力筛掉各种“弱者”和“另类”。所以合理的预测是，人类的遗传身体素质平均下来会变弱。

事实上，这一变弱可能已经在进行中了。澳大利亚人类学家彼得·麦克阿里斯特在2009年出版了《男性人类学》一书，指出现代人类的身体素质较之祖先们已经差出了不少。通过测量足迹化石，他计算出两万年前的澳洲人可以赤脚在泥滩上以每小时37公里的速度奔跑，而假如允许他们穿上最好的钉鞋在塑胶跑道上的话，达到时速45公里也不在话下；相比之下博尔特在北京奥运会上的百米冲刺速度也不过每小时42公里。博尔特显然接受了最好的后天训练，再跑不过人家只能说明先天确实不足了。

以上说的是身体素质。至于相貌，一般认为由于跨人种婚姻逐渐增多，不同人种之间的相貌分隔会逐渐模糊，出现更多的混血外貌。

至于平常大家津津乐道的“未来人类会头脑发达、四肢退化成一点点”，在没有人为改造的情景A1下应该是不可能的，因为头大的人并没有更多的后代；就连帅哥美女也不过是追的人多而已，最后生出来的孩子并不明显比别人多。

情景A2：外貌主导的遗传改造

12112AD，基因工程第一批面向人类的成果迫于外界压力公之于众——控制后代的各种主要属性。考虑到伴随而来的拉大社会等级区分的隐忧，计划领导者八爪鱼决定首批服务只开放外貌方面的改动。结果应者如潮……广大非理性顾客蜂拥而上……

预测B2：

虽然说是非理性，但大部分正常人类审美还是能找到一些依据的，只不过这些审美被各种文化因素严重放大了。小下巴，大眼睛，低腰臀比，对称均匀，这些基本的审美指标曾经都是女性年轻、健康、生育力强的证据；只不过现代的审美风尚早已忘记了这些标准诞生之初的原因，变成了对“漂亮”本身的追求。演化上把这类现象称为“失控选择”，一个实例是爱尔兰肿角鹿——起初鹿角的大小是雄性健康与否的象征，雌性更可能挑选角更大的鹿；但是一旦角的大小成为择偶的固定指标，角大的雄鹿会更容易受青睐从而有更多的后代，那么雄鹿角就会越变越大，直到大角已经明显影响到了它自己的存活、和大角带来的择偶优势抵消为止。

但是有一个有趣的问题：身高和体重。现代人类对于其它指标的审美观大体还处于"适中即是美"的范围内，可是身高和体重的追求却似乎永无止境，家长总怕自己的孩子长不高，很少听说有害怕长得太高的。在非理性审美浪潮的主导下，估计绝大部分人都会选择过分增加身高而减轻体重。

可是，人的体重和身高的三次方成正比，但骨骼和肌肉的横截面积还有皮肤的表面积却只和身高的二次方成正比。如果增加身高但不改变身体比例，那么骨骼就要承担更大的负重，身体散热系统也得加大马力，心肌也得费更大的劲才能把血液泵上大脑；这可能意味着改造人更容易骨折、更容易中暑和患上心血管疾病。此外，由于大脑高度增加，跌倒等意外事故也更容易致命。所以，这阵狂热的后果也许会导致人类死亡率明显上升。希望几代之后的人类能够摆脱这个狂热……

另外还有一个隐忧是，打算做类似基因改造的父母们恐怕大多会选择少数几个人作为新基因的来源——十之八九是当时最红的歌星或影星。这显然会导致人类基因多样化降低。考虑到广泛存在的基因多效性，其中可能会有几个基因和免疫力搭上关系，这样发生大规模传染病事件的可能性也变大了。

情景A3 功能主导的遗传改造：

12312AD，非理性使用基因工程的严重后果开始显现。大批帅哥美女带来的审美疲劳倒是次要；100年前增高浪潮正盛时，特大暑情导致的灾难性群体死亡也已经逐渐缓和。然而，原先以为仅仅作用于体貌的基因逐渐展示其多效性，遗传学家Marvin的研究指出相貌的贴近同时导致人类遗传多样性和群体抗病力明显减少。12322年未知大瘟疫爆发，全球陷入一片混乱，主要大陆的工业基础和政府统治均土崩瓦解；惟有极左翼遗传改造势力埋伏于南极的基地免于毁灭。灾后势力领袖小姬AI凭借保存下来的军事技术，迅速扩张统一全球，并开始对所有新生儿进行有秩序有计划的优生基因改造。

预测B3：

若不是自然选择在人类身上愈发失效，那么A1的结果也应该近似于这个情景。

假如说某位邪恶天才统一了世界，试图改造人类来加速人类文明的进展的话，那么显然应该从大脑下手，毕竟体能已经不是文明进步的制约因素了。顺便一说，坊间流传的“大脑只开发了5%”之类的话完全是谣言。

那么又是什么生理条件制约了大脑的增大呢？一个重要因素是，哺乳动物的骨盆是封闭式的，头部太大了就出不去。实际上人类已经在头部做了很多折中了，比如宁可牺牲保暖和防撞功能，也要大大减少头部的肌肉层和脂肪层；甚至让头骨的囟门在出生时不闭合，能够挤一下通过更小的产道。要想进一步改造的话，恐怕就必须从骨盆下手了。在邪恶领袖的主导下，甚至可能改造骨盆而牺牲直立行走的能力都在所不惜……

当然，大脑改造了，基础设施也要跟上。为了保证身体平衡、供血充足，可能的形态是：头部极为发达，躯干壮健，主要内脏器官体积明显增大，骨骼变粗且骨盆加宽，四肢较短但粗壮结实。这样算是理想中不顾审美完全理性的新新人类的相貌吧。

情景A4 面向气候变化的改造：

32012AD，坏消息：冰期结束了。海洋学家Poguy在记者招待会上表示，地球历史上将近一半的时间两极根本就不存在冰川，现在冰川的毁灭性崩解是必然的阶段。他指出，假如没有国联的减排努力，这一切在三万年前就会到来，但是命运只能推迟不能避免；并建议国联尽快针对此问题出台工程学和遗传学的措施。

预测B4：

其实人类依靠现有的科技水平，自己是可以熬过气候变化、不会群体热死或者冻死的（当然由此导致的生态变化影响需要另当别论）。但如果要针对温度变化来有意地改造人体的话，那么当环境变冷时应该增加皮下脂肪和毛发的含量，让四肢变得短粗或者增大体型；而变热时则减少皮下脂肪、加粗血管、增加皮肤褶皱与汗腺密度。由于A3中的要求，想散热也不能让四肢变得太细长，所以更可能是耳朵、鼻子或手掌变得细长或扁平。嗯，好像越来越近似于大象了……因为大象的身体确实就是适合大体型下的支持和散热要求的。

情景A5 面向星球殖民的改造：

62012AD，地球物理学家空错指出数百年内地球核燃料储备将耗竭，为此国联被迫决定援引先例打破禁忌，重新开放载人航天殖民事业。 62512AD，人类在火星上建立第一个殖民地，但是其生命维持系统成本甚高。64012AD，火星居民不堪地球压迫，密谋独立；同时火星首席生理学家桔子帮小帮主也在私下研究改造人体生理结构，从而切断对地球维生系统技术依赖的方法。

预测B5：

面向星球殖民的改造，要考虑对方星球的重力场、大气成分、元素组成等多种因素。重力比地球大的星球可能是类似于B3的结果，需要强化骨骼和肌肉；平均温度和地球不同的星球则参见B4的场景。氧含量若有差异则需要改变人体基础代谢，从而影响到人类的生长速度。人体的发育是所谓“异速生长”，胎儿时头部发育较快，出生后四肢发育速度逐渐赶超。假如整体生长速度加快但不改变青春期长度，那么新人类的头部相对而言就可能会更小；若生长速度变慢，则反之。

情景A6 文明毁灭，自然选择恢复：

65012AD，火星在伟大领袖小庄的带领下成功独立。原计划独立后仍然和地球保持商业联络，但是火星人已经在体格上发生太多变化，文化亦严重改变，双方的种族歧视时有发生，终致65512年火星颁布法案与地球断绝外交联络。失去核燃料供给，直接导致地球经济体系崩溃，最终天灾人祸，文明彻底毁灭，幸存者退回石器时代……

预测B6：

从B1到B5，都是在文明存在的前提下推断的。如果文明消失了呢？那么自然选择的隐形之手又会在人身上写下痕迹了。人类又会缓慢地淘汰致病基因，增强体质，脑容量增加，直到文明的曙光再次展现，文化因素再次压倒自然选择，演化再次停滞……其最终结果可能介于B1和B3之间。

某种意义上，确实是现代文明把我们惯坏了，让我们的体质变得娇生惯养。然而，有一失也有一得：有些天才的头脑却伴随着脆弱的身体，若在过去可能就早早夭折，无法为我们的社会做出贡献。毕竟，人类发展到现在，已经很难被单纯的自然灾害而毁灭了，更可能打垮人类的是社会因素，比如战争。在我看来，我宁可牺牲一些人类的身体素质，来换取我们对社会、对世界的理解。

情景A7：

102012AD，代号"魔法耗子会"的某神秘地下组织向候补成员ent出题：设想10万年之前的主导智慧生物的体貌特征……

-

结论&免责声明：以上内容纯属虚构，如有雷同纯属巧合。我们的未来里这些场景很可能会乱序、交替甚至同时出现；也可能早早地偏离了大前提，从而让任何预测都失去效力。实际上，我觉得“预测未来”更大的意义在于审视我们的当下，看看我们对自己已经有多少了解，有哪些潜在的危险可能成为现实。做好对未来各种可能的应对，远比单纯地“预测”未来场景更靠谱。

本期给Dr.Who出题的是松下问答的sxnszx同学：“自己冰箱冻的冰块看上去是白色的，KFC的冰块比较透明些，拍照用的冰块可以说晶莹？这是为什么？怎么才能自己做那么透明的冰块？”

到这里来看看大家丢的小纸条，你觉得哪种说法是对的呢？http://songshuhui.net/forum/viewthread.php?tid=582837

本期问题的来信截止期为2012年3月18日晚12点。让我们期待新的Dr.You~~

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我们都曾梦想过成为万事通，就像机器猫的口袋，能应付朋友提出的所有问题；我们也曾时不时冒出古怪问题，它们中的绝大多数都未获解答，随着少年（或 成年）梦想慢慢灭掉。

事实上，由于个体知识的局限，谁都不可能真正包治所有疑难杂症。然而，在互联网时代，当我们汇聚在一起，真有可能无所不能。在这个栏目里，松鼠想和 读者们一起来打造一位真正的问不倒先生，姑且叫他Dr. YOU吧，你们中的任何一位，都有机会成为他！

别小看我们！这里绝不会出现“人一共有几颗牙齿”这样的简单知识型问题，不会有“怎么样动心脏手术”这样的专业问题，也不会出现“打呵欠会传染吗” 这样被解答过无数次的“陈词滥调”型问题，你也不要以为求助google或wiki甚至百度百科就可以获胜。我们严阵以待，琢磨出最精怪最有趣的问题，来 刁难Dr. YOU。

每两周，我们会在这里提一个问题，如果你觉得能够解答，就告诉我们吧，在这一刻，你就是所有人眼里最牛X的Dr. YOU。

规则说明：

1） 你可以在主贴下尽情讨论。但是，只有当答案超过500字（但不鼓励超过1000字），并在科学松鼠会的论坛松鼠学堂注 册并贴上答案，或者将答案发送至 DrYou@songshuhui.net，你才可能成为真正的优胜者。如果你在“松鼠学堂”发布稿件，你还有机会成为科学松鼠会的亲友团，获得直接进入 论坛“橡树大厅”版块的机会，也可以优先参加我们的各种活动

2）我们每两周的周一出题，下一周的周日晚十二点截止。优胜者将在投稿的读者中产生。你有两周的时间充分思考、寻找资料。我们将就每道问题评出一到 两位优胜者，文章的科学性与文字性都将被考虑到。获奖者会被宣布成为本轮的Dr. YOU。

松鼠小贴士: 我们无比鼓励看到一个问题的多角度解答，例如，回答“人为什么有两个鼻孔”时，您可以考虑动用建筑学知识……你也可以结合自己的生活经验来解答。所以，不 要觉得某个问题与你的专业领域无关，或许你能给出出人意料的漂亮解答，让所有人都吃一惊！

3）答案将由Dr You编辑整理修饰，发表在科学松鼠会主页以及平面媒体上。该文字版权归科学松鼠会所有。

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龙年大家都在说龙，Dr.Who提出的问题自然与众不同：“如果中国传统的龙真的存在的话，它怎么才能飞起来？”

请不要告诉我一腾云一驾雾就飞起来了。“最高级的想象力是不自由的”，有着上图这样外观，要如何才能实现飞龙在天？

本期问题的来信截止期为2012年3月4日晚12点。让我们期待新的Dr.You~~

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本文由沐右、橡树村合作

约翰内斯堡是个依靠黄金兴起的城市，自然会有以黄金为主题的主题公园，坐落在约翰内斯堡西南部的金矿城主题公园（Gold Reef City）索性就建立在一座废弃的金矿上。这里不仅有各式各样的游乐设施，还依据黄金开采冶炼的故事造了几个博物馆，平时也有和黄金有关的表演。这里面最吸引人的一个，就是一个叫做Gold Pour的表演。

这个表演展示的是黄金冶炼的一个步骤。黄金在矿石中的含量很低，需要通过各种物理和化学方法精炼。初步精炼的最后一个步骤，就是把已经初步提纯的黄金熔化，浇筑在一个模子里面，铸成金砖。这个表演演示的就是这个浇筑过程。一次浇筑大约是400盎司黄金，重量差不多是12.4公斤。看着工人们从红彤彤的烘箱里面夹出烧得发亮的坩埚，把里面冒着火焰的金水浇筑在模子里面，等待稍微冷却后再把仍然发光的金子从模子里面扣出来，形成金灿灿的金砖，还是很令人兴奋的。特别是这个表演的时候，还会提醒你，现在的金价是多少钱，这些金子，虽然只有88%的纯度，一共值多少钱。看着价值几十万美元的东西就在眼前几米的地方，很少有人会不心动。

更刺激的在后面。表演结束的时候，工人会拿出来一块以前浇筑好的金砖(刚浇筑的那个还热着呢，不能碰)，让所有观众亲手摸一下，满足观众们摸一次金砖的强烈愿望。同时，工人会向你发出挑战。看到眼前这块金砖了么？顶部长25厘米，宽7厘米，底部长接近28厘米，宽不到10厘米，高3.5厘米。这么一个黄灿灿的家伙，如果你能用拇指和食指两个手指头，从上方夹住金砖的侧面，把金砖提起来，那么，这个价值几十万美元的东西，就可以让你抱回家！去看这个表演的几乎没有不去试试的，不过传说还没有人成功过。怎么样，是不是想立刻打飞的到南非试试？不过，在订机票之前，咱需要先算算，究竟有没有这个可能。

单臂提起二十多斤的重量对大多数人来说都不成问题，但是金砖上面没有把手，我们能用拇指和食指捏起金块吗？这是一个简单的力学问题，让我们先来做一下受力分析。

【金砖的受力分析图】

如上图所示，金块受到这么几个力的作用：

1. 竖直向下的重力G，等于金块的质量（12.4千克）乘以重力加速度ɡ（取10牛顿每千克）；

2. 拇指和食指分别对金块两侧的压力，两边一样大，都记作N，这个力垂直于金块的侧面；

3. 由于手指有和金块发生相对运动的趋势，但是又没有相对的滑动，金块会受到沿着侧面向上的静摩擦力f=μN，μ是手指和金块之间的静摩擦系数。

将金砖侧面和底面的夹角记作θ，根据几何关系我们可以得出，竖直方向上金砖受到的合力F为（取向上的方向为正方向）

F=2μN sin(θ)-2N cos(θ)-G，

其中，第一项是两侧受到摩擦力f向上的分量的和，第二项是两个手指对金块压力N向下分量的和。这样，我们用来提起金砖而给金砖施加的压力，一部分成了对我们的阻碍。不过，只要我们施加的压力N能够使得F大于零，我们就能把金砖抱回家！

可是，如果θ角小于某个数值的话（θ＜arccot(μ)），即使不考虑重力G，第二项的贡献也会比第一项大。要真是这样的话，哪怕是项羽、李元霸、施瓦辛格或者超人来了，也不能把金砖抱走。那就太坑爹了。

还好问题没有这么严重。根据问题里面的给出的上面宽7厘米、底面宽10厘米、高度3.5厘米的数字计算，θ角为66.8度，而只要μ比0.43大，第二项就不会比第一项大。金砖的标准规定了大小有一定的浮动范围 [1]，实际的角度和这个数字不一定完全吻合，不过应该差别不大。人的手指和这种不太纯的黄金之间的静摩擦系数没有查到，实际上手和黄金的静摩擦系数也没有查到。不过，可以查到手指和铝的摩擦系数平均为0.6，和橡胶的摩擦系数平均为0.9，而且随着压力的增加，摩擦系数有减小的趋势[2]。因此，我们有理由相信，除非蜘蛛人出马或者偷偷往手指上抹万能胶水，手指和黄金的静摩擦系数应该不会超过1，比较可能的猜测是接近0.5到0.6的样子。

根据前边的公式，我们可以算出需要的最小压力的数值为N=G/[2μ sin(θ)-2 cos(θ)]。知道了确切的尺寸和摩擦系数，我们就可以通过这个公式求出需要的最小力量。取θ角为66.8度，对应于μ取0.5~1之间的情况，我们可以求出需要的压力N，在下图里面用蓝色曲线表示。可见， N起码要一百多牛顿才可以，如果摩擦系数接近0.6甚至更低，那么力量要超过400牛顿才行。考虑到我们并不知道金砖的准确大小，对于侧面和底面夹角为70度和75度的情况（分别用紫色和褐色线表示），我们也可以求出需要的压力大小。起码来说，N要大于100牛顿才能有点把握。

【静摩擦系数在0.5~1之间的时候，提起金砖需要一根手指提供的压力大小】

不过，根据一项关于手指头力量的研究[3]，这个用两指捏的动作一般人很难达到这么高的力量：对一共100名成年人测试的结果显示，男性平均能够达到大约63牛顿，标准差约为19牛顿，女性平均约是45牛顿，标准差约为14牛顿。因此，超过100牛顿的可能性是很小的。看样子，即使是最好的情况下（μ接近1），也非得锻炼到远超一般人的力量才能做到了，有心发财的童鞋们可以照着这个目标努力锻炼了。

可惜的是，即使理论上存在可能，这个机会也已经不存在了。虽然没有人确实成功地用两根手指夹起过金砖，但是金砖还是被人拿走了。这两块金砖在这个主题公园被演示了十多年，不知道有多少人打它们的主意，结果，几年前，一伙歹徒成功把武器带进了公园，直接把金砖抢走并逃脱。两根手指夹起来一块金砖虽然很难，用一只手抱着还是不难做到的。从此以后，这个表演就再也不使用真金了，还生怕你不知道，用很大字写上：本表演不使用真金！这个表演仍然在继续，但是观看的时候，再也找不回那种心动的感觉了。

参考资料

1. London Bullion Market Association, The Good Delivery Rules for Gold and Silver Bars-Specifications for Good Delivery Bars and Application Procedures for Listing. 链接
2. Na Jin Seo and Tomas J. Armstrong, Friction coefficients in a longitudinal direction between the finger pad and selected materials for different normal forces and curvatures, Ergonomics 52(5), 609-16 (2009). 链接
3. Angela Didomenico Astin, Finger force capability: measurement and prediction using anthropometric and myoelectric measures, Virginia Polytechnic Institute and State University, Master of Science Thesis. 链接

一转眼大年都过完了，大家又要开始工作了。

过年期间想必不少人都放过孔明灯。本期Dr Who想问的就是关于孔明灯的这些和那些问题：“孔明灯能飞多高呢？飞到空中之后会怎样呢？你能改进一下孔明灯以减低可能引发的火情危险吗？”

松下问答的讨论，请移步 http://songshuhui.net/forum/viewthread.php?tid=564056

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新春佳节，Dr.Who在这里给大家拜年了〜〜〜

本期我们推出了春节特别栏目，大家在合家团聚吃吃喝喝的同时也不妨来脑力激荡一番：“过年时很多地方都有在汤圆或者饺子中包硬币的习俗，那么有没有什么方法可以慧眼识币，从众多普通的汤圆/饺子里找到你想要的那一只呢？”

本期问题的来信截止期为2012年2月5日晚12点。祝大家新年快乐，让我们期待新的Dr.You~~

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