很多人小時(shí)候，都玩過(guò)這個(gè)東西吧：

打火機(jī)內(nèi)的電火花發(fā)生器，產(chǎn)生的電壓高達(dá)20000V，也沒(méi)聽(tīng)說(shuō)誰(shuí)被它電死了。

【資料圖】

螳螂蝦出拳時(shí)，其實(shí)可以產(chǎn)生2萬(wàn)℃的高溫，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太陽(yáng)表面的溫度。

它之所以不會(huì)傷害自己，其實(shí)和電火花發(fā)生器不能電死人一樣：

雖然小尺度能量密度很高，但總量能量太低了，作用范圍十分有限。

……

孔雀螳螂蝦一拳的力量，高達(dá)400~1500N ，足以擊碎貝殼，擊斷螃蟹的大鰲。

如此大的力量，相當(dāng)于它自身體重的2000多倍，甚至相當(dāng)于成年人類(lèi)的臂力。

如果人類(lèi)的力量和體重比值，能達(dá)到螳螂蝦這種程度，將有多達(dá)100多噸重的力量，能夠一口氣舉起這個(gè)東西：

其實(shí)正常人類(lèi)的力量，也足以輕松壓碎螃蟹。

那為什么螳螂蝦只能擊斷螃蟹的大鰲，而不是完全擊碎呢？

根本原因就是， 持續(xù)的時(shí)間太短了。

無(wú)論螳螂蝦還是手槍蝦這種，依靠瞬間爆發(fā)力的，雖然力量都十分的驚人，但由于作用時(shí)間極短，破壞能力也僅僅只能殺死一些小魚(yú)小蝦。

手槍蝦的攻擊方式，和螳螂蝦有著明顯區(qū)別

螳螂蝦的出拳時(shí)間，短至5ms。

需要慢放，才能看清楚它們的擊打細(xì)節(jié)。

雖然它們擊打的力量很大， 擊打小型動(dòng)物的確很有效果。但由于作用時(shí)間極短，但對(duì)于大型動(dòng)物來(lái)說(shuō)，皮膚組織就能夠輕松吸收這些沖量，從而不會(huì)造成較大的傷害。

螳螂蝦中的天花板，孔雀螳螂蝦的確有擊碎指骨的能力，但這也就是上限了。

當(dāng)然，也正是因?yàn)槌鋈α孔銐虼螅阅茉诙潭處缀撩氲臅r(shí)間內(nèi)，讓拳頭加速到80km/h，也即22.22m/s，期間產(chǎn)生的最高加速度，達(dá)到100000m/s^2。

如此短的時(shí)間，如此高的加速度，螳螂蝦是如何做到的？

其實(shí)，螳螂蝦的出拳，類(lèi)似于弩機(jī)的發(fā)射。

它們的附肢相當(dāng)于一個(gè)彈簧系統(tǒng)，當(dāng)附肢收縮時(shí)儲(chǔ)備彈性勢(shì)能，然后再用類(lèi)似于門(mén)閂的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制。

當(dāng)需要出拳時(shí)，神經(jīng)系統(tǒng)僅僅需要控制這個(gè)開(kāi)關(guān)，調(diào)整方向，拳頭就會(huì)自動(dòng)彈射出去。

螳螂蝦的小拳頭，按照5g來(lái)算計(jì)，我們?nèi)菀子?jì)算出，它一拳的巔峰動(dòng)能為：

也就是說(shuō)，它出拳的能量?jī)H僅只有1焦耳左右。

1焦耳的能量太低了，人體一秒鐘消耗的能量就多達(dá)100焦耳。

不過(guò)這一拳是在幾毫秒之內(nèi)打出。

這個(gè)過(guò)程的功率，高達(dá)200~300W。

雖然這個(gè)功率已經(jīng)不小了，但并不足以在局部地區(qū)出現(xiàn)匹敵太陽(yáng)的高溫。

那么，螳螂蝦是如何做到一拳打出2萬(wàn)℃的高溫呢？

秘密就藏在擊打的細(xì)節(jié)上。

螳螂蝦擊打的整個(gè)過(guò)程發(fā)生在數(shù)毫秒內(nèi)，但其實(shí)，擊中獵物的瞬間作用力，發(fā)生在更短的時(shí)間內(nèi)：

? 在3ms的出拳時(shí)間內(nèi)，孔雀螳螂蝦對(duì)獵物產(chǎn)生了兩次力量沖擊。

每一次的作用時(shí)間都僅僅只有50μs：

孔雀螳螂蝦出拳打擊的整個(gè)過(guò)程

? 這樣擊打在獵物身上的一瞬間，功率便高達(dá)2萬(wàn)W。

即便考慮到一些能量損失，也有1萬(wàn)W左右。

這2萬(wàn)W的功率，僅僅作用在擊打的極小范圍內(nèi)，足以在瞬間產(chǎn)生小范圍的高能超聲波，從而發(fā)生空化作用，形成瞬間的氣泡。

? 這些氣泡膨脹變大后，又會(huì)在壓強(qiáng)的作用下（或者接觸壁面），一瞬間崩塌。從而在局部空穴中產(chǎn)生高壓、高溫。

崩塌過(guò)程，壓強(qiáng)足以產(chǎn)生上千個(gè)大氣壓，超過(guò)5000℃的高溫。

空化作用，氣泡崩塌的過(guò)程

? 空化作用產(chǎn)生的高溫高壓，甚至還會(huì)進(jìn)一步發(fā)生多種化學(xué)和物理反應(yīng)。

? 雖然空化作用，已經(jīng)能產(chǎn)生如此高的溫度，但也沒(méi)有達(dá)到2萬(wàn)℃。

螳螂蝦能打出2萬(wàn)℃高溫是因?yàn)椋且驗(yàn)樵诎l(fā)生空化作用的同時(shí)，還出現(xiàn)了 聲致發(fā)光 。

聲致發(fā)光的必要條件是水中存在氣泡。

無(wú)論自然水域本身存在的氣泡，還是因?yàn)榭栈饔枚a(chǎn)生的氣泡，都可能成為聲致發(fā)光的條件。

螳螂蝦擊打過(guò)程中，空化作用和聲致發(fā)光是一個(gè)連續(xù)發(fā)光的過(guò)程。

這個(gè)過(guò)程產(chǎn)生的沖擊，就是螳螂蝦擊打時(shí)，對(duì)獵物造成的第二次沖擊。

第二次沖擊的力量，最高可以達(dá)到第一次沖擊的2.8倍。但平均來(lái)說(shuō)，只有第一次沖擊的50%。

雖然平均沖擊力更小了，但聲致發(fā)光的過(guò)程，卻足以讓空穴內(nèi)的氣體等離子體化，電離內(nèi)部的惰性氣體 。

如果水中存在單一的氣泡，氣泡會(huì)出現(xiàn)周期性的壓縮和外擴(kuò)，從而不斷發(fā)出光來(lái)，并產(chǎn)生超高溫度。

每次閃光的時(shí)間，短至皮秒級(jí)別。

聲致發(fā)光的過(guò)程

? 當(dāng)然，對(duì)于有著眾多氣泡的自然水域，并不會(huì)出現(xiàn)這樣的周期性變化，僅僅出現(xiàn)一次性的發(fā)光。

能量密度，決定著它的發(fā)光強(qiáng)度。

一些螳螂蝦在擊打獵物時(shí)，可以觀察到聲致發(fā)光現(xiàn)象。

氣泡的能量密度越高，產(chǎn)生的聲致發(fā)光也越強(qiáng)。

按照螳螂蝦擊打過(guò)程中，對(duì)局部區(qū)域作用的能量密度，也的確足夠產(chǎn)生聲致發(fā)光。

聲致發(fā)光強(qiáng)度和能量密度的關(guān)系：

通過(guò)瑞利-普萊塞特方程 ，可以求得聲致發(fā)光的溫度。

聲致發(fā)光的最低溫度達(dá)到2萬(wàn)K，最高可以達(dá)到幾百萬(wàn)K。

雖然受限于具體的擊打環(huán)境，螳螂蝦不可能每次都能打出聲致發(fā)光，但出現(xiàn)空化作用的概率是很高的。擊打的瞬間，一般認(rèn)為能產(chǎn)生5000℃的高溫。

但無(wú)論空化作用，還是聲致發(fā)光，高溫的范圍都僅僅在微小氣泡的范圍內(nèi)。

周?chē)值馁|(zhì)量比氣泡質(zhì)量大了很多個(gè)數(shù)量級(jí)。

空化作用和聲致發(fā)光結(jié)束后，氣泡內(nèi)的熱量會(huì)被具有高比熱容的水所迅速吸收。雖然產(chǎn)生的沖擊波足以擊碎獵物的甲殼，但溫度早已經(jīng)在瞬間恢復(fù)到了常溫狀態(tài)。

總的來(lái)說(shuō)，能量對(duì)物體的破壞程度，主要看能量密度。

而破壞范圍有多大，主要看能量總量。

對(duì)于螳螂蝦自身來(lái)說(shuō)，雖然它的拳頭受到的能量沖擊密度最高，但很明顯在古老的進(jìn)化旅程中，它們的拳頭進(jìn)化出了至少能承受十幾，甚至幾十Mpa的能力。而對(duì)于1焦耳的總能量來(lái)說(shuō)，自然也不會(huì)對(duì)它的整體造成什么危害。

參考文獻(xiàn)：

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