《西游记》中的物理世界 探讨潜藏的自然法则+科学原理｜星岛教室

《西游记》是中国古代文学的瑰宝，其故事情节充满了奇幻色彩，角色各具特色，展现了人类对于自然界的理解与幻想。这部作品不仅是神话志怪的代表，也是对人性、道德及宇宙的探索。其实我们亦可以从物理学角度重新审视这些故事，探讨其中潜藏的自然法则与科学原理，让我们在奇幻世界中体会科学的美妙。

二郎神大战孙悟空

山峰巍峨，云雾缭绕。沿着山路拾级而上，繁花似锦，竞相绽放，宛如仙境。然而，林中隐隐传来的杀伐之声却与这美景形成鲜明对比。

遥望之下，两团黑影在空中倏起倏落，金戈交击之声不绝于耳。其中一人面貌犹如猴子，舞弄着手中的铜棒，与一少年展开激战。这铜棒时而变长，时而缩短，从少年的视野死角处不断袭来，攻击角度极为刁钻，显见其对武器的掌握颇为纯熟。

少年面如冠玉，虽然看似弱冠，但手中的三尖两刃枪舞得虎虎生风，臂力之沉雄丝毫不亚于壮年的汉子，在面对对手诡异的攻击时，也能在关键时刻化险为夷，令人不禁啧啧称奇。正当二人斗得酣畅，少年模样的汉子突然大喝一声，身形瞬间急速膨胀，转眼间已高达万丈，面容也变得如同恶鬼，手中的三尖两刃枪直劈向猴脸人。

以上是来自明代作家吴承恩著作《西游记》中第六回著名的一幕——「二郎神大战孙悟空」，主角孙悟空与来自天庭的二郎神各施各法，为了制服对方施展出浑身解数，二人打得有来有往，这一幕到了现代也被翻拍成电影，可见其在《西游记》中的重要性。以下尝试从中学数理科角度，跟大家走进吴承恩笔下的奇幻世界，如若为其笔下的架空世界套入现实的物理法则，将会发生甚么有趣的事情。

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「变身」物理法则

原文讲述二郎神在大战期间「摇身一变，变得身高万丈」，姑且假设当中「身高万丈」有夸大的成分，折半算之为五千丈，换算为现代常用的度量衡约为16000公尺。

假设二郎神身高最大为2公尺，瞬间长高为16000公尺也翻了足足8000倍，则体积增加了8000的3次方——即5120亿倍。若其质量不变，由于密度(ρ) 等于质量(m) 除以体积(V)，即ρ = m/V，其密度会瞬间变为5120亿分之一。若其质量按比例增长，则会吸收大量能量以致令万物瞬间凋零。

由于原文讲述二郎神「摇身一变」，可知其变身过程历时最多不过数秒，在数秒之间历经如此急剧的变化，周遭环境在受其影响的情况下，极可能会分崩离析，不复存在。下文将为《西游记》套入现实的物理法则，以假想情节延续故事。

密度剧变 易酿解体

「在二郎神急速膨胀的一瞬，将士摇旗呐喊的声音戛然而止，霎时间风云色变，天崩地裂，一道毁灭性的力量以二郎神为中心扩散开去，摧枯拉朽，一棵棵参天古树或被连根拔起，或被拦腰截断，花果山的徒子徒孙和跟随二郎神的将士转瞬被风暴吞噬。大圣只感到一股排山倒海的巨力怒涛般袭来，在来得及反应之前已如断线风筝般飞了出去，尽管有仙功护身，全身都疼痛得仿佛要裂开来，意识迷糊间强自提振精神，提气翻了翻身，踉踉跄跄地落在一旁。纵目望去，不禁虎躯一震，只见原本十里外作为刚刚战场的花果山已凭空消失，不复存在。」

从上文中，我们模拟了二郎神质量不变的情境，在他变身的过程中，他低至接近真空的密度，会使他瞬间上升到穿破大气层的高度，但其密度如此剧烈的变动会让二郎神在膨胀到万丈高之前遭到解体，其影响之剧烈甚至会波及周遭的环境，由于这种物理变化在现实中几乎不可能存在，故后果难以预估。

质能急转 地球毁灭

若在整个变身过程中他的密度不变，根据密度公式（ρ= m/V），在体积增加了5120亿倍的情况下，其质量也应同时增加5120亿倍，以确保二郎神的质量体积比跟变身前并无二致。但这也会衍生一个问题就是物质无法凭空产生，除非应用质能公式（E=mc²），当中E为能量，m为质量，c为光速。假设神话人物有将身体周遭的能量转化为物质的能力。在这个情况下，假设二郎神原先的质量为75公斤（成年男子平均体重），代入质能公式可算出变身过程中所吸收能量︰E=75×5120×10⁸×（3×10⁸）2=3.456×10³⁰焦耳（按︰75为质量；5120×10⁸是体积变化；3×10⁸就是光速），相当于吸收了约5.486×10¹⁶颗原子弹引爆时所产生的能量，会造成空间的扭曲及崩溃，甚至会令地球遭受毁灭性的打击。

《西游记》作为四大名著之一，古往今来曾有不同领域的学者及研究者对其进行考究，作为神话志怪小说，若对当中的剧情较真，当真是焚琴煮鹤，不解风情了。故此，以上的内容并不是批评故事内容，而是尝试从数理角度看待故事，让我们能拉近与虚构故事之间的距离。文学的想像，数理的现实，看似风马牛不相及的两者，在发生碰撞时，或有妙不可言的结果也未可知。

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密度知多少

定义：密度是物质单位体积的质量，用来衡量物质的紧密程度。

公式：密度（ρ）等于质量（m）除以体积（V），即ρ = m/V。

单位：在国际单位制（SI）中，密度单位是公斤每立方米（kg/m³）。

影响因素：气体的密度受温度和压力的影响较大，而液体和固体的密度受温度和压力的影响相对较小。

应用：密度可用于区分不同物质、计算物体的质量或体积，以及研究物体的浮沉情况等。

小思考，大智慧

除了上述情境，你还能想到《西游记》中有哪些桥段，如果应用现实的物理法则会产生有趣的结果呢？

参考答案

例如以下3个桥段︰

• 如意金刚棒会消失：如意金刚棒可放大缩小是经常出现的情节。如意金刚棒放大缩小导致密度改变，金刚棒变小时由于密度大幅增加，很可能会穿破地面消失不见。
• 筋斗云瞬间移动：孙悟空的筋斗云能让他瞬间移动到任何地方，这需要非常高的能量，并可能引发时空扭曲。假如筋斗云真的存在，它的运行可能违反光速限制，造成时间倒流或空间变形，这种设计让人不禁思考现实中是否存在类似现象。
• 「七十二变」能力：孙悟空的变身能力可让他变成各种形态。如果考虑到质量守恒，变身过程中若质量不变，其体积改变则会影响周围的空气压力，可能导致剧烈的气流变化，甚至引发小型的龙卷风。

本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文：裘锦秋中学（屯门） 物理科老师伍隽谦

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