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用物理學看《驚奇隊長》:操縱能量,居家戰鬥一把罩的超級英雄

本文章含有輕微驚奇隊長》據透,包括描述使用能力的畫面和些微劇情。

不論是居家或是戰鬥,您都應該具備一位…驚奇隊長?source:IMDb


「向我證明你不是史克魯爾人。

(驚奇隊長伸出手臂,一陣光束炸了電視)

「這怎麼能向我證明你不是史克魯爾人。

「這是光子衝擊 (Photon Blast)史克魯爾人才不會咧。

「captain marvel photon blast」的圖片搜尋結果

圖 / WhatCulture.com

受了 y 編的委託,跑去看了驚奇隊長》。在這2個小時的故事中,R 編需要的剛好就是這句話,因為從角色自己嘴巴裡講出來,更好讓我知道他到底有什麼能力(雖然網路就查的到,但是~~電影宇宙另當別論啦!)。

讓我們試著找到這個英雄做什麼很誇張的事,然後試著跟大家討論看看……這真的可能嗎?

驚奇隊長的能力:能量的化身

熟悉漫威的讀者應該都非常清楚驚奇隊長的能力,但 R 編還是要囉嗦一下:

除了非常老套的超人般的力氣、體力、反應等特異功能,驚奇隊長和之前很多英雄最不一樣的是──他能夠操縱」能量。

驚奇隊長能夠吸收任何種類的能量,並且調整、釋放,能夠發射由光子或宇宙能量構成的衝擊波,力量最強甚至可以媲美核子彈。
(除了這個之外還有像「在吸收能量之後,驚奇隊長能夠從最基本的原子改變物質的狀態」、「能夠自給自足」之類的內容)

操作能量這種東西不管怎樣想都太過 OP 了,而且還多加了一個光子,雖然這可以非常深入的討論,不過幸好的是……在電影中驚奇隊長並沒有做出什麼太過複雜、或超出宇宙原則的事。

簡單來說,他呈現力量的方式都很「物理」。

光子衝擊!是怎麼一回事?

驚奇隊長親口表示他發射的光束是「光子衝擊」,而電影中凡是使用力量的橋段,他的手必定是纏繞著光芒。

看起來很神奇,但是仔細想想,這已經算是非常合理的能力解釋了。

光,眾所皆知是一種能量的表現,但它也是有動能的。如果你把手電筒打開丟到太空中,它會靠著光的反作用力移動,而光子力火箭也是一個曾被研究的技術。因為光被稱為「波粒二向性」的特性,所以要用光來同時造成物理上的「衝擊」和「熱能」傷害非常合理。但是從這裡開始,我們的討論可以走兩個路線:一個是深入的了解不同頻率的光粒子性與能量的關係;也可以很單純的討論「能量」與相對應的事情是否辦的到。

如果採用後者的話,R 編想用兩個電影中的場景,來試著討論看看如果我們在現實世界中要像驚奇隊長一樣辦到這些事,會有多難?

圖 / vox.com

超方便!用手煮開水

這一幕雖然不是非常重要,但它不在任何預告裡,所以 R 編也不多說什麼前後經過免得暴雷~~反正就是驚奇隊長把手貼在一個熱水壺上,然後水就燒開了!哇~這麼方便~ 這其實不需要什麼光子能力,只要你的手會放熱就行了吧!但這是多麼誇張的熱呢?

如果我們(很懶惰的)假設當時室溫是 20℃,而那一整壺的水有 2 公升(也就是 2 公斤),我們可以簡單的計算要燒開這 2 公升的水需要:

2 (kg) x 4182 (J/(kg·K),水的比熱) x 80 (K,溫度差)  670000 (J)焦耳。

這一幕驚奇隊長手貼在水壺上長達大概 5 秒鐘,如果我們再除上 5 秒的話,我們就會知道驚奇隊長的手的放熱功率就是 134,000 瓦 (W)。

而且這 13.4 萬瓦是當茶壺本身沒有任何吸收或散失,百分之百全部傳到水裡面的情況下,需要這麼多功率,想也知道不太可能,所以理應更多。

「boiling water」的圖片搜尋結果

圖 / Regional Utilities

大家要知道,基本上我們家裡的微波爐有千瓦以上就是非常夠用了,而人類的手每平方公分只能放出 0.004 瓦的熱,R 編的手粗略計算不過才 110 平方公分,所以整個手掌才 0.44 瓦而已,假如熱量不散失然後無視熱力學定理的話,我的手要貼在水壺上長達 18 天才能夠把水燒開

13.4 萬瓦是個怎樣的概念呢?這已經是汽車引擎功率等級了~還是相當有力的那種喔!早知道驚奇隊長在美國尋根之旅的時候把他的手接到車子引擎上,就能在當時公路上狂飄了。

如果驚奇隊長全身都使出這種力量呢?從演員布麗·拉森 的資料(真的為了科學用途)知道身高體重後,我們可以套用人體表面積公式算出驚奇隊長的身體表面積大概是 1.7 平方公尺,如果他的手有 100 平方公分大,我們可以等比例算出如果他全身散發這種程度的熱能,功率可以高達 2.278 千萬瓦……洛杉磯級核動力攻擊潛艦的最高功率可達到 2.6 千萬瓦。只要再多一點點,驚奇隊長根本就等於是移動的核子反應爐,看來媲美核子彈是真的啦!!

咻!炸裂水泥塊

但空手煮開水還不是最猛的,如果說再往上一級的話,我們有一個標準的攻擊畫面來玩玩看。

在整部電影不到中間的地方,驚奇隊長有再另外秀一手招式……他用手噴出一道光束,把水泥牆炸的碎裂。會挑這一幕來跟大家討論,是因為這一幕比隨手炸掉電視還好分析多了,還有另外一幕我很想討論的如果講出來就大劇透了~ 不好玩

©Marvel Studios 2019

從 R 編手邊很多的空想科普書籍,我找到了要粉碎 1 立方公尺的水泥塊大概需要 200 克黃色炸藥。而電影畫面中,被炸掉的頂樓女兒牆部分大概長寬各 1 公尺,厚就估為 50 公分好了,那就是 0.5 立方公尺的水泥塊慘遭毒手,這樣的話就是需要 100克的黃色炸藥,1 克的黃色炸藥爆炸會釋放出來 4184 焦耳,所以要爆破這一堆水泥大概就是需要 42 萬焦耳。

「concrete hole」的圖片搜尋結果

圖 / 123RF.com

咦~?怎麼感覺比煮開水簡單多了?但煮開水是長時間的過程,雖然驚奇隊長只用了 5 秒,但從光束接觸到水泥幾乎是瞬間的事情,如果說整個事件發生在 0.1 秒之內的話,這道光束的功率就是 420 萬瓦,比一台火車還有力多了,如果是水泥牆被火車撞到也會碎裂吧。

圖 / bgr.com

雖然我們沒有深入討論光子、輻射能量、古典和量子物理來更了解驚奇隊長的力量,但是我們可以以上述兩個例子知道~他的真的很強,而且並不是全力(可能 20% 都不到吧)。但是我想一定還能更深入的想像,例如這些力量哪裡來?是用自己身體的嗎?

如果有人對核能的物理學很有研究的話,我還想知道的是,他在使用這些力量之後,會產生輻射汙染嗎?拜託~~

 

 

不論是即將進入高中、剛脫離高中、脫離高中很久的你;說到物理課,是否只有無奈跟眼神死?!

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關於作者

前泛科學的實習編輯,曾經就讀台大生物環境系統工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但這些現在已經不重要了。除了環境外,也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章,可能是因為自己也喜歡胡思亂想。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。

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