很多人小时候，都玩过这个东西吧：

打火机内的电火花发生器，产生的电压高达20000V，也没听说谁被它电死了。

螳螂虾出拳时，其实可以产生2万℃的高温，远远高于太阳表面的温度。

它之所以不会伤害自己，其实和电火花发生器不能电死人一样：

虽然小尺度能量密度很高，但总量能量太低了，作用范围十分有限。

……

孔雀螳螂虾一拳的力量，高达400~1500N，足以击碎贝壳，击断螃蟹的大鳌。

如此大的力量，相当于它自身体重的2000多倍，甚至相当于成年人类的臂力。

如果人类的力量和体重比值，能达到螳螂虾这种程度，将有多达100多吨重的力量，能够一口气举起这个东西：

其实正常人类的力量，也足以轻松压碎螃蟹。

那为什么螳螂虾只能击断螃蟹的大鳌，而不是完全击碎呢？

根本原因就是， 持续的时间太短了。

无论螳螂虾还是手枪虾这种，依靠瞬间爆发力的，虽然力量都十分的惊人，但由于作用时间极短，破坏能力也仅仅只能杀死一些小鱼小虾。

手枪虾的攻击方式，和螳螂虾有着明显区别

螳螂虾的出拳时间，短至5ms。

需要慢放，才能看清楚它们的击打细节。

虽然它们击打的力量很大， 击打小型动物的确很有效果。但由于作用时间极短，但对于大型动物来说，皮肤组织就能够轻松吸收这些冲量，从而不会造成较大的伤害。

螳螂虾中的天花板，孔雀螳螂虾的确有击碎指骨的能力，但这也就是上限了。

当然，也正是因为出拳力量足够大，所以能在短短几毫秒的时间内，让拳头加速到80km/h，也即22.22m/s，期间产生的最高加速度，达到100000m/s^2。

如此短的时间，如此高的加速度，螳螂虾是如何做到的？

其实，螳螂虾的出拳，类似于弩机的发射。

它们的附肢相当于一个弹簧系统，当附肢收缩时储备弹性势能，然后再用类似于门闩的开关进行控制。

当需要出拳时，神经系统仅仅需要控制这个开关，调整方向，拳头就会自动弹射出去。

螳螂虾的小拳头，按照5g来算计，我们容易计算出，它一拳的巅峰动能为：

也就是说，它出拳的能量仅仅只有1焦耳左右。

1焦耳的能量太低了，人体一秒钟消耗的能量就多达100焦耳。

不过这一拳是在几毫秒之内打出。

这个过程的功率，高达200~300W。

虽然这个功率已经不小了，但并不足以在局部地区出现匹敌太阳的高温。

那么，螳螂虾是如何做到一拳打出2万℃的高温呢？

秘密就藏在击打的细节上。

螳螂虾击打的整个过程发生在数毫秒内，但其实，击中猎物的瞬间作用力，发生在更短的时间内：

在3ms的出拳时间内，孔雀螳螂虾对猎物产生了两次力量冲击。

每一次的作用时间都仅仅只有50μs：

孔雀螳螂虾出拳打击的整个过程

这样击打在猎物身上的一瞬间，功率便高达2万W。

即便考虑到一些能量损失，也有1万W左右。

这2万W的功率，仅仅作用在击打的极小范围内，足以在瞬间产生小范围的高能超声波，从而发生空化作用，形成瞬间的气泡。

这些气泡膨胀变大后，又会在压强的作用下（或者接触壁面），一瞬间崩塌。从而在局部空穴中产生高压、高温。

崩塌过程，压强足以产生上千个大气压，超过5000℃的高温。

空化作用，气泡崩塌的过程

空化作用产生的高温高压，甚至还会进一步发生多种化学和物理反应。

虽然空化作用，已经能产生如此高的温度，但也没有达到2万℃。

螳螂虾能打出2万℃高温是因为，是因为在发生空化作用的同时，还出现了声致发光。

声致发光的必要条件是水中存在气泡。

无论自然水域本身存在的气泡，还是因为空化作用而产生的气泡，都可能成为声致发光的条件。

螳螂虾击打过程中，空化作用和声致发光是一个连续发光的过程。

这个过程产生的冲击，就是螳螂虾击打时，对猎物造成的第二次冲击。

第二次冲击的力量，最高可以达到第一次冲击的2.8倍。但平均来说，只有第一次冲击的50%。

虽然平均冲击力更小了，但声致发光的过程，却足以让空穴内的气体等离子体化，电离内部的惰性气体。

如果水中存在单一的气泡，气泡会出现周期性的压缩和外扩，从而不断发出光来，并产生超高温度。

每次闪光的时间，短至皮秒级别。

声致发光的过程

当然，对于有着众多气泡的自然水域，并不会出现这样的周期性变化，仅仅出现一次性的发光。

能量密度，决定着它的发光强度。

一些螳螂虾在击打猎物时，可以观察到声致发光现象。

气泡的能量密度越高，产生的声致发光也越强。

按照螳螂虾击打过程中，对局部区域作用的能量密度，也的确足够产生声致发光。

声致发光强度和能量密度的关系：

通过瑞利-普莱塞特方程，可以求得声致发光的温度。

声致发光的最低温度达到2万K，最高可以达到几百万K。

虽然受限于具体的击打环境，螳螂虾不可能每次都能打出声致发光，但出现空化作用的概率是很高的。击打的瞬间，一般认为能产生5000℃的高温。

但无论空化作用，还是声致发光，高温的范围都仅仅在微小气泡的范围内。

周围水分的质量比气泡质量大了很多个数量级。

空化作用和声致发光结束后，气泡内的热量会被具有高比热容的水所迅速吸收。虽然产生的冲击波足以击碎猎物的甲壳，但温度早已经在瞬间恢复到了常温状态。

总的来说，能量对物体的破坏程度，主要看能量密度。

而破坏范围有多大，主要看能量总量。

对于螳螂虾自身来说，虽然它的拳头受到的能量冲击密度最高，但很明显在古老的进化旅程中，它们的拳头进化出了至少能承受十几，甚至几十Mpa的能力。而对于1焦耳的总能量来说，自然也不会对它的整体造成什么危害。

参考文献：

^Patek S N, Caldwell R L. Extreme impact and cavitation forces of a biological hammer: strike forces of the peacock mantis shrimp Odontodactylus scyllarus[J]. Journal of Experimental Biology, 2005, 208(19): 3655-3664.

^Flannigan D J, Suslick K S. Plasma formation and temperature measurement during single-bubble cavitation[J]. Nature, 2005, 434(7029): 52-55.

^Leighton T G. Derivation of the Rayleigh-Plesset equation in terms of volume[J]. 2007