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一拳超人物理學:深不可測的是埼玉還是物理?

余海峯 David
・2017/05/24 ・1795字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

在《一拳超人》動畫中,在第一季的最後一集裡,埼玉與宇宙海盜「黑暗盜賊團 Dark Matter」的首領波羅斯(ボロス)戰鬥。(自稱)銀河系最強的波羅斯多次身中埼玉的普通拳和連續普通拳都仍能保持不敗,可見其實力確實在所有已出場的怪人之上。根據原作者 ONE 的說法,波羅斯的級數是「龍級以上」,不過漫畫中這種「狼、虎、鬼、龍、神」的實力定義太闊,而且缺乏實際數字支持,我們還是用已知物理定律去計算比較實際。

左邊為波羅斯,右邊為《一拳超人》的主角埼玉。source:一拳超人官網

這場戰鬥暫時是動畫之中最大規模的。我們這次就試試來計算雙方的實力(噢不對,埼玉根本沒使出真正實力),也順便來溫習一下基本物理公式的應用吧。

動能公式:波羅斯有多強?

波羅斯在戰鬥中段因為被埼玉看不起,就變身成為燃燒自身生命的終極戰鬥模式,把埼玉踢了上月球。相對地月距離約 38 萬公里,地球大氣層厚度只有約 100 公里,即地月距離的 0.02%,因此我們的計算忽略空氣阻力。在動畫之中,埼玉由中招一刻到撞上月球的時間大約為 2 秒,因此埼玉飛上月球的速率約為秒速 19 萬公里,是光速的 63%。嘩,不得鳥。

別隨便瞧不起人啊~不然會被打到外太空。圖/IMDb

我們可以使用動能公式來估計一下波羅斯的物理攻擊極限。因為埼玉達到了 63% 光速的高速,已經進入了相對論性領域,牛頓動能公式不再適用,我們需要使用愛因斯坦的相對論性動能公式。目測埼玉身高,我們可以合理地假設他的質量約為 70 公斤。如果只用牛頓動能公式「能量等於質量乘速率平方除 2」的話,埼玉飛向月球的動能就有

(70kg)(190,000,000m/s)2 / 2 = 126 億億焦耳

這是截至1996年地球上所有國家所有核測試所釋放的能量總和 60%;

果用愛因斯坦相對論性動能公式:

(質量 x 光速2){[(1 – (速率 / 光速)2]-1/2 – 1} = 181 億億焦耳

是包括 1996 年以前所有核測試能量總和的 83%,比牛頓結果多 44%。

我們在動畫中看到波羅斯首先把埼玉向下打,然後再繞到下方向上踢,所以實際上輸入埼玉體內的能量比這個數字更多。因此,波羅斯的極限物理攻擊力大概就等於包括 1996年以前所有核測試的能量總和吧。

動量守恆:埼玉會把月球撞開嗎?

埼玉的質量只有 70 公斤,而月球則重達 735 萬億億公斤,但他以 63% 光速撞上月球,這一撞足夠把月球撞開嗎?根據動量守恆定律,我們就知道

埼玉質量 x 埼玉速率 = 月球質量 x 月球速率

為方便計算,我們假設月球以正圓形軌道繞地球運行,因此月球在撞擊前的徑向速度是零。由動畫中可見埼玉撞上月球後立即停下,故這碰撞為完美非彈性碰撞。因此我們就有

月球速率 = (70)(1.9×108)/(7.35×1022) = 1.8×10-13m/s

即是這次碰撞後,月球會以每秒 0.18 皮米(picometer)的速率遠離地球。而 0.18 皮米大概約是氫原子半徑的 1/120,所以結論是埼玉不會把月球撞走。太好惹!!

好險好險,月球沒事。圖/IMDb

熱力學:埼玉會把月球表面熔化嗎?

我們可以立即看出,10-13 的平方是 10-26,比 10-22 小了一萬倍,即是埼玉這顆 63% 光速炮彈的動能會以差不多 100% 的效率轉變為月球的內能。換句話說,月球一瞬間吸收了 181 億億焦耳的能量!

埼玉撞上了月球哪個位置,在動畫或漫畫中都不太看得出來,我們就假設埼玉撞擊的是覆蓋了月球正面三分之一的月海好了。月海由玄武岩構成,是從前月球仍活躍時的火山活動形成的。玄武岩的比熱容大約為每公斤每絕對溫度 840 焦耳,即是要把一公斤玄武岩溫度提高一度的話,就需要輸入 840 焦耳。

假設 181 億億焦耳直接輸入了撞擊範圍附近 10 噸的玄武岩好了,那麼這 10 噸玄武岩提升的溫度就是

(181×1016J)/(104kgx840J/kg/K) = 2.15×1011K

相當於二千多億度!這比太陽中心溫度還要高一萬倍以上,達到了宇宙大爆炸後一秒鐘的溫度。

就算以整個月球計,其受的損傷很少,但埼玉撞擊範圍附近的玄武岩至少也應立即汽化、分解成基本粒子了吧。看來埼玉的實力比恆星級數更強上不知道多少倍,真不愧為 B 級 63 位的英雄啊(打贏波羅斯後上升至 B 級 33 位)。咦,怎麼埼玉的戰衣沒有熔化?

看來大家已經從埼玉身上溫習了不少物理學:動能公式、動量守恆律和比熱容計算。謝謝埼玉!不要忘了,對埼玉來說這只是場連「戰鬥」也說不上的運動啊。物理學和埼玉,到底哪個比較深不可測?

圖/IMDb

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余海峯 David
16 篇文章 ・ 14 位粉絲
天體物理學家。工作包括科研、教學和科學普及。德國馬克斯・普朗克地外物理研究所博士畢業。現任香港大學理學院助理講師。現為《立場科哲》科學顧問、《物理雙月刊》副總編輯及專欄作者、《泛科學》專欄作者。合著有《星海璇璣》。


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如果《咒術迴戰》的五條悟是隻貓,還會是最強的嗎?—— 淺談「藍眼白貓」的遺傳缺陷

安之_96
・2021/10/13 ・2437字 ・閱讀時間約 5 分鐘

繼《鬼滅之刃》後,最火紅的動漫莫過於 MAPPA 出品的《咒術迴戰》。這是一個關於負面情緒會產生詛咒,以及袱除詛咒的咒術師之間的熱血故事。五條悟是早期登場的人物之一,也是與男主角虎杖悠仁,並駕齊驅的高人氣角色,更是戰力與顏質的天花板!

即使是沒看過動畫的人,應該多少都有聽過五條悟造成轟動的絕世美顏。一頭白髮之外,更有著天空般清澈的碧藍雙眼。然而,這雙眼睛,可不只是漂亮而已,更是故事設定中強大的「六眼」,讓五條悟輕鬆獲得戰力天花板的稱號。而粉絲創作貓化的五條悟更是絕世可愛!

然而,白髮碧眼這種設定,在真實世界中,可能不是一個好消息,至少對貓來說!

這裡其實有一大段可歌可泣的遺傳學知識!

白髮碧眼的亮眼外形,對真實世界中的貓不是好消息;圖為「五條悟」。圖/IMDB

講到遺傳學,就勢必得提到基因。所謂的基因,就像是在螢幕後 coding 的工程師可以下達的每一道指令,最終會呈現出獨一無二的個體。

而白貓的白毛,其實是一位化名「 W 基因」註2的工程師負責。W 基因(顯性基因)是 w 基因(隱性基因)的突變,由於會有較強勢的表現,屬於「體染色體顯性遺傳」。因此,只要帶有一個 W 基因,一定會是一隻白貓!

影響白色的基因有 W(white)與 S(spots)基因,只要有突變的 W 基因則會是圖中右下角的全白貓;而若貓身上有黑 + 白,則是被 S 基因所影響,因此統一稱為白斑,而非黑斑。圖/Labgenvet

導致「白毛」及「藍眼」的因素—— W 基因

但 W 基因的工作,可不是只要複製貼上,當個薪水小偷就好!除了毛色之外,同時也要處理眼睛的顏色。這種身兼多職工程師的職稱,也就是所謂的「多效位基因註3」。

敏感的讀者應該馬上會發現,好像都跟顏色有關,難道W基因是在顏色部門工作嗎?沒錯!正是!

所謂的顏色,其實是由黑色素堆疊所呈現的。而黑色素細胞就像是工人,會生產、搬運、堆疊黑色素,由於量的不同,最終呈現出不同的顏色。

然而, W 基因在這份工作上,簡直跟流氓沒兩樣!

因為被前輩強迫複寫白毛基因,就把氣出在其他弱小的顏色部門人員身上。W 基因會大大影響黑色素工人的養成、調度、產出,嚴重影響進度,而這種行為稱為「遮蓋註4」。最終,導致黑色素的減少,而使個體趨向「白化」的表現註5

猫, 蓝眼睛, 这个动物, 眼睛, 毛皮, 白色的, 白可爱, Kitty猫
圖/Pixabay

但幸好,顏色部門除了W基因之外,還有許許多多其他工程師在努力工作圓場。這種需要開會大家一起決定的事情,也就是所謂的「多基因遺傳註6」。

因此,其實白貓不一定有藍眼,五條貓是可遇不可求的!

而顯然地,這種漂亮藍眼的代價是:會對光線較為敏感,也難怪五條貓還是要戴著眼罩或墨鏡!不過即使如此,要領域展開還是沒問題的!

不只管毛色,缺乏「黑色素」將導致耳聾!

W基因影響黑色素細胞其實茲事體大,不要以為有黑色素的只有明顯帶有顏色的毛髮、皮膚與眼睛,其實涉及黑色素細胞的部位,甚至還包含耳朵,更確切地說,是內耳的耳蝸

耳朵分成外、中與內耳,所謂的耳蝸(cochlea)位於內耳

那會造成什麼影響呢?

聽到聲音這件事,其實是藉由聲波打入耳蝸,像是一陣衝擊推倒一連串骨牌,由此傳遞神經訊號而引發聽覺。黑色素細胞工人在這邊的工作就是調節離子平衡,好比把倒掉的骨牌重新立好。

而缺乏黑色素細胞的白貓,便是少了這個調節的機制。而造成相關構造發育異常,最終導致先天性耳聾。

這種聽不見的狀況,會隨著白毛跟藍眼的不同組合套餐,而有不同發生的機率。

如果單純是白毛貓,有20%機率聽不見;若是白毛加上一隻藍眼睛,也就是所謂的「異色瞳」或是「陰陽眼」,則有40%。特別的是,若是異色瞳的狀況下,耳聾的通常會是有藍色眼睛那一側的耳朵!若是像五條貓的白毛與雙藍眼,則高達70-80%機率聽不見!

白貓與藍眼在不同搭配下出現耳聾的機率分布圖。圖/icatcare

因此,五條貓真的「八成」是聽不到聲音的!

但貓即使聽不見,也不大會影響生活。透過觸鬚與肉墊,還是能充分感受到周遭的狀況。

總結而言,五條貓對光線較為敏感,且很可能聽不到。前者還可以靠戴墨鏡解決,但後者可會大大影響他成為「最強」。但無論如何,不管是人形還是貓形,五條悟在廣大粉絲中肯定永遠都是最強、最帥、最可愛的!

註解

  • 註 1:W 基因也就是 white gene 的簡稱,通常會用第一個字母的大寫來表示。
  • 註 2:體染色體顯性遺傳(Autosomal dominant inheritance):對偶基因中若有突變的 A 與正常 a,只要 A 出現則勢必會表現,也就是 AA 或 Aa 都會表現 A 的性狀。
  • 註 3:多效位基因(pleiotropic gene):一個基因可以同時控制兩種以上的性狀。
  • 註 4:遮蓋(masking gene):基因掩蓋了其他基因的表達,就像完全顯性等位基因掩蓋了其隱性對應物的表達一樣。
  • 註 5:雖然說白化,但白貓(white cat)與白化貓(Albino cat)是有所不同的,為了避免篇幅過長,且並非本篇重點,因此不多加贅述。
  • 註 6:多基因遺傳(Polygenic inheritance):某一性狀的表現由二個或二個以上的基因決定。例如身高、體重以及膚色。

參考資料

1. Richards J (1999). ASPCA Complete Guide to Cats: Everything You Need to Know About Choosing and Caring for Your Pet. Chronicle Books. p. 71.

2. Strain, G. M. (2007). Deafness in blue-eyed white cats: the uphill road to solving polygenic disorders. Veterinary Journal173(3), 471-472.

安之_96
156 篇文章 ・ 375 位粉絲
既來之則安之,目前在念獸醫系。
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