超巨大機器人科學嗎?那我們來說說《重甲機神》到底有多重|重甲科不科?04

大家有沒有想過,為什麼我們人類的身高,大致上就是一公尺多到兩公尺,體重就是幾十到百來公斤?在各種神話、傳說、科幻、奇幻故事裡面,以同樣比例與型態巨大化或微小化的人類,有可能存在嗎?

像「重甲機神Baryon」這樣的巨大人形機器人的設定,合乎物理學嗎?

這個問題早在四百多年前,有「現代科學之父」的物理大師伽利略就已經在他的「兩個新科學之間的對話」(Discourses and Mathematical Demonstrations Relating to Two New Sciences)中討論過。

伽利略以及其著作「兩個新科學的對話」。圖/維基百科

簡單的說,當動物等比例放大時,若「長度」(如身長)增加為10倍,則體積會變成10的三次方,也就是1000倍,由於構成身體的成分大致不變,密度應該相同,所以體重也會變成1000倍。

然而動物是以骨骼與肌肉來支撐自身的體重,最主要的是大腿骨。骨骼的支撐力又與其截面積成正比,長度增加10倍,骨骼截面積乃至於支撐力將只會增加100倍,結論是如果是「等比例放大」的話,動物的身體強度將無法支撐自身的體重,所以我們看到現存體型較巨大的動物,如大象,骨骼變粗的程度必須大於變長的程度,也就是大型動物的體型比例會比較「粗、短」,這種現象稱為「異速生長」(allometry)。

體重可達數噸的大象(左)與體重約三公斤斑尾虎鼬(右)的骨骼,型態上有不少相似之處,但是比例上大象的骨骼(尤其是大腿骨)必須比鼬鼠粗壯很多,不能以等比例放大。

所以如果人要變成「巨人」,身體的比例與構造又不變的話,是會被多出來的體重壓垮的,硬要「變身」的話,有兩個選擇,一個是要變成矮胖體型,增加各種身體構造的截面積,另一個就是像「進擊的巨人」裡面的50公尺的超大巨人一樣,密度極低,所以體重沒有以身高的三次方成長,不會還沒去爬牆就先自己把自己給壓垮了。

生物的世界中大體上要符合上述的「平方、立方法則」,不過純粹是「人造物」的巨大機器人又是如何呢?讓我們先來看看「先聖先賢」們的例子。首先當然就是從「人類坐在體內駕駛的巨大機器人」的老祖宗「無敵鐵金剛」開始囉!

指揮艇——組合。圖/imdb

無敵鐵金剛的身高18公尺,大約是一個相當高大的成年人的十倍,先假設這個人體重80公斤好了。因為鐵金剛是「人形」機器人,所以就當它是個等比例放大十倍的人類,體積就是人類的1000倍,如果鐵金剛是跟人類一樣的血肉之軀的話,體重就會是80公噸。無敵鐵金剛有「黑鋼之城」的鋼鐵軀體,應該比人類重吧!

剛好相反,根據官方設定資料,鐵金剛的體重只有20公噸,換算成密度(每單位體積的質量),只有人體的1/4,人體與水密度相仿(1 g/cm3),所以把人丟進水裡會是「載浮載沈」,這麼一算,無敵鐵金剛的密度只有0.25 g/cm3,跟軟木塞差不多,以後乾脆改稱「無敵軟木塞金剛」好了!

當然材質輕盈也有很多好處,動作可以比較靈活快速,不過根據物理學中的碰撞理論,它的招牌攻擊絕招「金剛飛拳」,或是直接用身體衝撞,就會因為質量不足而威力大打折扣了!

算完密度,軟木塞危機在心中揮之不去。圖/imdb

如果看近一點的作品,而且是跟重甲機神一樣在水中戰鬥的巨大機器人,那當然非《環太平洋》中的「吉普賽危機」(Gipsy Danger)莫屬了。

吉普賽危機身高79公尺,體重1980公噸,一算密度,0.29 g/cm3 挖咧又是個軟木塞!這些做巨大機器人作品的人,是有多愛軟木塞啊!密度這麼低要怎麼沈入海底戰鬥呢?這就要有模仿潛水艇的機制了,機體內部必須有71% 以上的體積是「空的」,可以注入海水,就能讓整體密度高於水而下沈了。

為了避免重甲機神變成另外一個軟木塞,我們在決定了身高是80公尺之後,不是先訂體重,而是先決定密度。最佳的參考對象,當然就是現役的潛水艇了。

既然有前車之鑑,我們決定把最佳的參考對象改為潛水艇。

以美國的「俄亥俄級」核子潛艦來說,全長170公尺,潛航深度240公尺,水上排水量為16,764噸,潛航排水量為18,750噸。由物理學中的浮力原理「潛航潛艦所受浮力=潛艦體積×海水密度(1.03 g/cm3)」可知,潛艦的總體積約為18204立方公尺。另一方面,「浮於水面上之潛艦所受浮力=潛艦本體重量」,即為16,764噸,所以俄亥俄級潛艦的密度為0.92 g/cm3。以此為參考基準,我們將重甲機神密度訂為0.92 g/cm3

俄亥俄級核子潛艦的初號機「俄亥俄號」,可搭載24枚「三叉戟I型」彈道飛彈,每顆飛彈可以攜帶6個核彈頭,可說是毀滅性的武器,也因此成為冷戰時期為背景的軍事電影中的常客,例如東尼‧史考特導演,丹佐‧華盛頓主演的《赤色風暴》(Crimson Tide, 1995)與詹姆斯‧卡麥隆執導,艾德‧哈里斯主演的《無底洞》(Abyss, 1989)都有登場。

又高又帥的重甲機神Baryon,身高80公尺,體重達6500公噸,這次不會變成軟木塞了喔!

我們還是以一個身高180公分,體重80公斤的人放大來看,由於人體密度大約與水相等,所以此人的體積為80公升。重甲機神身高80公尺,為人類的44.4倍,體積為44.4的三次方,也就是8萬8千多倍,約為7000立方公尺,乘上密度0.92 g/cm3,故體重為6500公噸,內部的空間至少要能注水超過500公噸,就能讓密度比水還高而往下沈。

透過注水量的調節,就可以讓重甲機神自由自在的浮出水面或沈入海底了。當然,在機械的設計上就要有相關的「注水—排水」裝置,變得更複雜了,以後如果要公布內部構造的設定圖的話,設計師可要多花一番腦筋囉!

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