减肥中的数学：鲁本·米尔曼 TEDxQUT

鲁本·米尔曼是美国ABC电视台Catalyst节目的记者，也是Play School的第一个“常驻科学家”。通过他的书和电视节目中的科学演示，他成为了广大青少年观众心中的ABC电视台“冲浪科学家”。在他充满幽默的演讲中，鲁本回答了这样一个问题：当你减肥的时候，那些重量都去哪儿了？减肥会造成气候变化吗？

好，我先找个地方站好，

站到红毯上。

我觉得我不用自我介绍了吧？

不过这是今天最后一个演讲，

结束之后我们就收工了。

我们会留出思考的时间，大家也可以提问。

我知道在座的有一些想回家了。

但是我们得开始了，只剩12分钟了吧。

我的演讲大概有个15分钟，
所以要是提示器响了大家不要紧张。

好，我演讲的话题是：减肥中的数学。

先从一件事儿说起吧。

去年，我去斐济冲浪。

度假村有一个摄影师，
全程跟着我们，帮我们拍照。

这按理说是很爽的，
但是我看到了这样的照片！

（观众大笑）

我当时已经超重了5公斤。

简直不敢相信自己的眼睛了。

所以我开始按别人常跟你们说的方法减肥，
也就是少吃多动。

这样坚持了3个月，我发现自己瘦了6公斤。

我当时做的是任何一个正常人都会做的事情。

就是像所有人一样去做运动。

我根据自己的体重数据做了个图。

当我建立起这个线性方程时，

我发现，看呐！

我平均每天瘦85克（0.17斤）呢！

然后我就开始想了，甚至开始好奇，

有这么一个问题，

大多数人都不知道这是为什么。

或者说实际上人们压根儿都没考虑过这个问题。

为了证明我的观点，
我还在邦迪海滩上录了一段视频。

这个问题就是：

人们减肥后，这些减掉的重量都去哪儿了？

变成了什么？

是怎么从身上消失的？

你们可能也被这个问题问住了。

起码视频里的这几个人是不知道答案的，
听他们怎么说：

“那些重量去了哪儿？”

“去了哪儿？”

“呃。。“

”嗯。。“

-"不知道哎。"
-"不知道。"

“我还真不知道去哪儿了。”

-“不知道怎么回答。"
-"这是科学之谜。"

“完全不知道。”

“我觉得是变成了乙醚。”

-“变成了乙醚。”
-“乙醚？”

“用光了呗。”

-“进入了茫茫宇宙中。”
-“去了另外一个维度。”

“哪儿都没去。”

“她减的重量都跑我身上来了。”

-“变成了虚无。”
-“我觉得就是消失了。”

-"这个问题问的好呀."
-"问得好."

“真是个妙极了的问题！”

“你觉得呢？”

“都在厕所里排掉啦，小伙子。”

-“出汗排掉了。”
-“变成了水分。”

“出汗。”

“蒸发了”

-“蒸发了。”
-“变成尿了。”

“变成了便便？”

“在邦迪海滩消耗掉了。”

“反正就这么没了。”

（大笑）

“实际上是转化为能量消耗了。”

-“作为能量消耗了？”
-“成了热量。”

-“作为能量消耗了。”
-“转化成能量消耗了。”

（异口同声）“热量。”

（笑）

“不知道哎。”

“是的。”

“把我问住了。”

“我不大清楚。”

那么，到底是怎么回事儿呢？

现在，肥胖四处可见。

我不说大家也知道。

可是为什么大家连这个基本问题都回答不了呢？

视频里没有一个人说的是对的。

实际上我们都知道正确答案。

我接下来说的也不是什么重大发现。

我先来提醒大家几个众所周知的事儿。

水的化学分子式是什么？

H2O。

二氧化碳的呢？

地球人都知道。

CO2。

好，那现在你就知道脂肪的成成分了。

它的化学分子式是什么呢？

就是这么个东西，信不信由你，

上世纪60年代就已经分析出来了，

是C55H104O6。

这是最基本的人体脂肪分子的化学式。

有些脂肪分子会多几个碳原子和氢原子。

有的则少几个。

但氧原子的个数都是6个。

知道这一点对理解接下来的内容非常重要。

但这个是最基本的分子式

也就是C55H104O6。

好好记住这个分子式。

这个

和这个的区别

就在于C55H104O6了。

我没骗你们。

那个

和那个

的差别也一样是C55H104O6。

那这种物质怎样被排出体外的呢？

这是基本的化学反应式。

看起来挺有趣的，虽然有点复杂。

不过对于学过10年级化学（中国的高中）
的人来说应该没什么问题。

这就是10年级的化学内容。

呃，开个玩笑。

反正就是这样一个反应式。

脂肪+氧气->二氧化碳+水

这就是反应产物。

生物化学家们很久以前就知道这个了。

你吸入氧气，呼出二氧化碳。

就是这样一种反应。不可思议。

这个红色的小箭头所指的这个过程
可能有点被过度简化了，

这是个生物化学过程。

这要在大学里学上个三年才能搞懂。

（观众大笑）

我得跟生物化学家们说声抱歉，

我不是故意简化这个过程的。

只是想突出重点而已。

这个过程的确很复杂。

绝对不是仅仅就这样毫无缘由地被排出体外。

你得做点事情。

少吃，多动。

我们一会儿再讲这个。

那当你减肥的时候，你想的是减重。

而这些东西就是你想要减掉的重量。

那刚才那些人为什么提到了热量呢？

为什么说转化成能量被消耗掉了呢？

因为我们一直是这么跟他们说的。

这的确是挺令人费解的，
因为能量的单位与重量不同。

是千焦，或者你也可以用卡路里。

对，这就是热量。

人体进行活动时就需要这个。

思考时大脑也需要能量。

长身体也是。

但这可不是脂肪的代谢产物。

那我们在这儿讨论的到底是什么呢？

我再给大家看几样东西。

我这儿有一些固态二氧化碳。

也叫干冰。

这就是二氧化碳，它是有质量的。

你们可能没怎么见过，

这就是干冰。

有点重，要是把它放在水里的话......

看，酷吧，还直冒泡呢。

你们以前肯定见过。

这就是二氧化碳和水。

是脂肪的组成成分，但并不是脂肪。

我可没在造脂肪，这个绝对不是脂肪。

（观众笑）

但这货是怎么变成了脂肪的呢？

当然不是这么简单了。

首先，它们要变成糖类。

植物也可以生产脂肪。

其实植物也是整个过程的开端。

一株植物，利用六个二氧化碳分子，

和六个水分子，

外加一种神奇的化学物质叫做叶绿素，

这些全部加起来，再加上阳光，

使这些分子聚集起来然后就变成了糖类。

C6H12O6是葡萄糖。

果糖也是一样的分子式，C6H12O6。

而蔗糖就是葡萄糖和果糖的结合之后

再去掉水分子。

就等于，算一下......

C29H22O5。
（算错了吧......应该是C12H22O11）

这里有一些。

这就是蔗糖。植物生产出来的。

其组成就是二氧化碳和水。

化学能量将这些分子结合在一起，

它们就不会那样肆意扩散了。

顺便说一句，你们喝的这种600毫升的柠檬味汽水，

里边有17茶匙的蔗糖。

简单地让大家感受一下这个量。

1,2,3,4,5,6,

7,8,9,10,11,12,

13,14,15,16,17，好了。

如果你喝下一瓶这个，

你就相当于摄入了我刚刚放的这么多蔗糖，

只不过不是一口一口吃进去，而是喝进去的。

但本质上一样，没区别。

那喝完了之后会发生什么呢？

这我之前给小孩子讲过，

花了点功夫才让他们明白。

当你吃东西的时候，吃进去的东西
不会立即成为你身体的一部分。

你吃进去的这些糖也一样。

这儿有个泳池浮条，中间是空的。

这儿有颗杏仁。

如果在这头把杏仁塞进浮条，

它可以顺着这个浮条从另外一头出来。

这儿有另外一颗杏仁。

如果我把它从这儿放进去，那它现在在哪儿？

你会说，在浮条里啊。

对，但它是在做浮条的泡沫里面吗？

当然不是啦，只是在这个孔里而已。

这颗杏仁就相当于食物。

你咽下去的食物没有真正进入你的身体。

只是在这儿（嘴）到后门（肛门）
之间的通道里而已。

让食物成为你的一部分的过程叫做消化。

要消化这个东西（蔗糖），你就得先打断

连接果糖和葡萄糖之间的化学键。

一旦化学键断裂，这些糖就会冲破束缚，

进入你的皮肤，身体，在你的血液里流动。

这就是消化，但还不是新陈代谢。

这些东西必须还要进入你的身体细胞，
被身体消耗。

但要是没被消耗呢，你看你吃了这么多的糖，

而且还是在一日三餐之后，

你的身体可不会把它给浪费了，
绝对不会从“另一头”出来。

只要能从“后门”出来的，
那就不是你的身体的一部分了。

除了少量的胆固醇分子，

只有纤维不能消化了，

加上住在肠道里的细菌。

上一次大号可是能排出5亿个细菌啊。

它们超小。

数量却是地球上人口的数倍，

这还是只一次马桶冲水冲走的数量。

不可思议啊。

（观众笑）
但细菌自始至终不是你身体的一部分。

回到这里，如果这些糖得不到消耗会发生什么呢？

它们会被转化，

变成我们都讨厌的脂肪。

现在我要证明一下你的确能将脂肪
以呼吸的形式排出体外。

如果糖得到代谢，就会变成二氧化碳和水。

那么......

每次呼气时就会呼出少量二氧化碳。

可惜你看不到，问题就在这儿了。

这就是为什么人们不知道脂肪去哪儿了。

好，现在我得到了些呼出的气体，
我先是吸进来又呼出去。

这里边5%的是二氧化碳，

因为这是从我的肺里呼出来的。

这儿有些液氮，

我要用它来冷却这些气体。

液氮的温度是零下196摄氏度。

用起来很方便。

我放在......哦，在这儿呢。

其实我就直接倒出来就行了。

用这东西的时候得小心点，不过我经常用液氮。

所以要是我看起来有点漫不经心的话
也是情有可原的。

但是请大家自己操作时务必小心。

就像对沸水一样小心。

现在我们来倒在气球上，气球不会炸掉。

是挺不可思议的。

液氮的温度是零下196度。

氧气在零下183度的时候就会变成液态。

所以现在气球里的氧气已经是液体了。

二氧化碳已经变成固体了。

原来那么一大碗东西，

在零下78度的时候变成了固体。

所以现在气球里的东西，

是液态的氧气，

和固态的二氧化碳。

我拿出来你们就看到了。

得稍等一下，

让气球顶部变得透明点。

这里有氮气，

它占空气的79%。

氮气占据了气球的顶部。

但现在，注意底部的液体，看到了没？

这就是我呼出来的氧气里
没被我身体使用的部分。

但一旦它们不见了，

就剩下这些白色粉末了。

这些就是我的吃进去早餐。

现在就是二氧化碳了，

我在过去的24小时内吃进去的碳原子。

现在我对着它吹气，

温度回升了它就变回气态。

消失了，

看起来好像气球里什么都没有了。

但其实气球里有质量存在，

那些原子是有质量的。

你可以看到固态的二氧化碳，

但你呼气的时候却看不到。

我们一直在讲千焦或者卡路里，这有点复杂，

但它们的确很重要。

不过大家好像还是不明白

当你体重减轻的时候，你减掉的是原子。

原子不可能就这么平白无故的没了。

我说教科学的老师们，

你们应该改变教化学的方式。

因为好多人，包括在座的大家，

都认为原子可以转化为能量。

但现代化学的基本原则之一，

就是原子不能转化为单纯的能量。

这叫做质量守恒定律。

在化学反应之前和之后，

我们教孩子们，说原子的数量是不变的。

这叫化学计量学。

但是现在看来我们教的不太好，

因为大家认为可以将以千克计算的脂肪，

转化成虚无，或者仅仅是千焦。

怎么可能！

我之前有个关于肥胖的问题。

虽然我是个物理学家，知道其中的原理。

但是我的问题是，

如果我有10公斤脂肪，

那它会转化成多少二氧化碳

和多少水呢？

其实这也很简单。

这是10年级化学和数学内容。

拿一张元素周期表，

查一下氢，碳，氧。

找到了。

元素周期表里都有这些重要的数据

每一个原子的重量都在这儿。

一个碳原子的重量

是12.011个原子量单位。

先不急着换成千克。

之后我们会算的。

一个普通的脂肪分子有55个碳原子，

所以就是原子量就是660.59。

好，那氢呢？

有104个氢原子。

那么一个脂肪分子里就有95.996原子量的氢。

氧有点复杂，花了我点时间。

实际上我打电话给好多人问，
还是没得到个明确的答案，

因为大多数的生物化学家都跟我想的不一样。

这倒不是因为他们傻或者什么的，

只是他们还没想到这一点。

这倒是让我挺惊讶的。

因为这才是帮我在六个月内

减了17公斤的因素中最重要的一部分。

17公斤体重不见了（呼了口气）。

都呼了出去，不可思议。

每个人都可以，一点也不难。

那到底多少二氧化碳和水呢？

氧很重要。

一个脂肪分子里有六个氧原子。

但它们去哪儿了？

变成了二氧化碳还是水？

还是按比例两者都有？

怎么算出来呢？这可花了我好久。

结果答案就在一份老报纸上。

这是一份一九四几年的报纸了，
当时的人们把水中的

氧原子标记了出来

放了一个O18同位素在里边。

喂给老鼠喝。

老鼠喝掉了水，

但把同位素呼了出来。

水里边的氧原子

出现在了呼出的气体里。

这表明氧原子

在二氧化碳分子和水分子之间被互换了。

这里有个重要的原因能够解释为什么。

我有一些溶解了酚酞的水。

说起来有点拗口。

放了这么久，现在这个溶液有点浑浊了。

但要是对着它吹气。

（泡泡作响）

变色了。

很好。

这说明什么？

说明二氧化碳溶解在了水中，形成了碳酸。

发生了氧原子互换。

而我从中明白的是

这六个氧原子离开我们身体时的比例与

它们在脂肪分子里时相同。

这是个2:1的比例。

所以就是4个氧以二氧化碳的形式，

而2个以水的形式离开。

好极了，我终于知道答案了。

现在大家再来算一下。

前两个已经算出来了。

现在再加入4个氧原子的质量.

4个氧原子会同碳原子一起被排出体外。

那么我把这个数字写在这儿。

那现在还有2个。

乘以2得出结果，然后我把它和氢写在一起，

因为它们要结合在一起排出体外。

现在我就能计算出我的脂肪里
二氧化碳和水的比例了。

既然已经知道总量了，

那现在我们要做的就是按比例计算。

算出来二氧化碳占总量84%，

水占16%。

那我的脂肪疑问就解决了。

84%的脂肪靠呼气排出，16%的靠水排出，

比如说尿液，粪便和汗液。

这意味着10千克的脂肪

变成8.4千克看不见的气体而被呼出体外。

不可思议！

所以每次做运动的时候，一旦呼吸频率上升，

你就比坐着的时候减掉更多的体重，

因为坐着的时候呼吸总不会那么急促。

另外1.6千克变成了水。

现在，我们还不知道到底是变成了尿，粪便，

还是汗，还是因为你哭的太多都变成眼泪了。

（观众笑）

但是现在我有一些经常被到的问题，

太多了，所以我觉得我应该来回答一下。

一共有三个主要的问题。

第一个，我能通过多做呼吸（来减肥）吗？

（观众笑）

每个人都这么问我。

你当然可以坐那儿使劲呼吸，
但是那就成了换气过度了。

你必须把脂肪细胞里的C55H104O6引诱出来，

这可是脂肪细胞啊。

学过生物化学的就知道，人体代谢可没那么简单。

这是个很复杂的过程，但首先你要做的就是

多动少吃。

这样来消耗身体的能量，

然后让这些大脂肪分子

变成三种小脂肪酸。

它们叫做甘油三酸酯，必须经过进一步的分解

最终才能排出它们所藏匿的细胞。

比如你的蝴蝶袖，双下巴，肥臀，

或者啤酒肚等等地方的细胞。

这些脂肪会一直在那儿。

除非由激素来分解成脂肪酸然后进入血液循环，

不然是绝对不会被排出体外的，

更不用说还要经过氧化、β氧化等的漫长过程了。

真的很复杂，我们能知道这个也挺不容易的。

但是第二个问题：

减肥会引起气候变化吗？

（观众笑）

这就是另外一个让我很无语的事情了，

这表明人们不理解什么是气候变化。

真的不明白。

你要是明白了就绝对不会这么问了。

那人们为什么会想“会不会造成气候变化”？

因为我们把植物当成可食用
的庄稼也就是不久之前的事。

庄稼需要阳光、水和二氧化碳。

当人们摄取食物时，
食物里面的能量其实是阳光。

阳光带来了能量。

我不是个特立独行的嬉皮士，但我觉得我也快是了，
因为我真的觉得这个过程很伟大。

你吃的是阳光。

这是你获得的能量。

但这是现代的阳光。

当你烧化石燃料时，那里面的是古代的阳光。

以枯木中的碳的形式被埋藏在地下。

这就是木头的化石，煤炭。

而石油是古代海洋生物的化石，

这些动物进行光合作用，死掉之后被埋起来，

最终变成了石油。

这是不会造成气候变化的。

人们对这一点毫无概念，

也就意味着我们要告诉他们什么是气候变化。

难怪现在有这么多谣言。

比如说减肥。

有那么多的瘦身大咖。

亲，如果他们连减肥这其中的原理都不知道，

那你还会相信他们说的话吗？

希望大家不会。

别买那些减肥书、减肥药了，别听他们胡诌八扯了。

为什么直到今天你才明白减肥的原理呢？

我不知是为什么。

但是这让我很怀疑，

那些号称减肥专家做提出的
种种理论是否站得住脚。

第三个问题，

你可能不问，但是我得问，

而且的确没人问过，

除了在场的一位正在考虑这个问题的生物化学家。

问题就是：有没有考虑过酮症的因素？

我还真没有考虑这个。

酮症是当你的身体缺少碳水化合物而致使

血糖降低时，

身体所做出的生酮反应。

这是由肝脏完成的，能够把脂肪分子转化成酮。

丙酮就是其中之一。

你去美甲的时候，用的卸甲水就是丙酮。

你的身体就能生产这种物质。

就是生产的量不大，

否则就会引起酸中毒。

在这儿我就先不说

低蛋白饮食是好是坏了，

我不是这方面的专家。

我只会说反正我会很小心的，
因为据有的研究表明这会导致抑郁，

但我真心不知道。

我不会对低蛋白饮食是否健康下任何论断。

我想说的其实很简单。

大家只要像我和许多其他人一样去做......

我没想拿什么奖，这很简单。

只是通过把脂肪转化成二氧化碳
和水的方式来减肥。

就这样做，

少吃，多动，保持呼吸。

谢谢。

（观众鼓掌）