零號機將朗基奴斯之槍投上月球需要多大的臂力？[第壹話]

• 作者／賴昭正｜前清大化學系教授、系主任、所長；合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒，那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）　英國理論物理學家

大約在八十年前，當第一台數位計算機出現時，一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧；但七十年後，還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」（Artificial Intelligent，簡稱 AI）的能力最近十年突然起飛，在許多（所有？）領域的測試中擊敗了人類，正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元（graphic process unit，簡稱 GPU）是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia（英偉達）股票從每股不到 $5，上升到今天（5 月 24 日）每股超過 $1000（註一）的全世界第三大公司，其創辦人（之一）兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳（Jenson Huang）也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人！可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎？到底是時勢造英雄，還是英雄造時勢？

在回答這問題之前，筆者得先聲明筆者不是學電腦的，因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事，不是我們外行人需要了解的；但作為一位現在的知識分子或公民，了解基本原理則是必備的條件：例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析，即可判斷永動機是騙人的；又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上，它們不用往室外排廢熱氣，就可以提供屋內冷氣，讀者買嗎？

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」（central process unit，簡稱 CPU）。CPU 是電腦的「腦」，其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務，如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作；但為了簡單化，我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作（arithmetic and logic unit，簡稱 ALU），如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下，CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時，CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後，CPU 開始顯示心有餘而力不足：例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素（pixel），每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年，英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定／裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」（註二）定位為「世界上第一款 GPU」，「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU，GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作，快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢？因每一時刻只能做一件事，所以其步驟為：

• 計算 7×5；
• 計算 6/3；
• 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢？很多工作便可以同時（平行）進行：

• 同時計算 7×5 及 6/3；
• 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間，但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢？單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間（16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間），而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間（1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間）！

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了，如何將它擺正成右圖呢？ 一句話：「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點（座標 x, y）組成的，所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了：每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算！如果每一運算需要 10^-6 秒，那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉，便需要 6 秒，這豈是電動玩具畫面變化所能接受的？

人類的許多發明都是基於需要的關係，因此電腦硬件設計家便開始思考：這些點轉換都是獨立的，為什麼我們不讓它們同時進行（平行運算，parallel processing）呢？於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 10⁶ 運算，那上圖的轉換只需 10^-6 秒鐘！

GPU 的興起

GPU 可分成兩種：

• 整合式圖形「卡」（integrated graphics）是內建於 CPU 中的 GPU，所以不是插卡，它與 CPU 共享系統記憶體，沒有單獨的記憶體組來儲存圖形／視訊，主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上；早期英特爾（Intel）因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤，在這方面的研發佔領先的地位，約佔 68% 的市場。
• 獨立顯示卡（discrete graphics）有不與 CPU 共享的自己專用內存；由於與處理器晶片分離，它會消耗更多電量並產生大量熱量；然而，也正是因為有自己的記憶體來源和電源，它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年，英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後，科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化，在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效，因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理，不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化，也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬（註三）等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分，正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲，遠遠落在英偉達（80%）及超微半導體公司（Advance Micro Devices Inc.，19%，註四）之後，大約只有 1% 的市場。

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」，而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心（core）單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心，因此其核心功能不如 CPU 核心強大，但它們能同時高速執行大量相同的指令，在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心；GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書，不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等，也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺，它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是：嘴巴在講，腦筋思考已經不知往前跑了多少公里，常常為了追趕而越講越快，將不少學生拋到腦後！這不表示筆者聰明，因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技，因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣（matrix）的讀者應該知道，如果用矩陣和向量（vector）表達，上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的（註五）。而矩陣和向量計算正是機器學習（machine learning）演算法的基礎！也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在！因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石：它們的架構就是充分利用並行處理，來快速執行多個操作，進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」（deep learning）。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂：「下一次工業革命已經開始了：企業界和各國正與英偉達合作，將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升，幫助企業降低成本和提高能源效率，同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子：下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後，讀者是不是認為筆者該退休了？

GPU（圖形處理單元）和 AI（人工智慧）之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力，特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步，使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率，使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐，而且使其更具成本效益，因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展，GPU 的角色可能會變得更加不可或缺，推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標，這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作，使我們能夠執行複雜的任務，例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外，研究表明，與非人類動物相比，人類大腦具有更多平行通路，這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上，一邊聽音樂一邊做飯，或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技，因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵：透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

（註一）當讀者看到此篇文章時，其股票已一股換十股，現在每一股約在 $100 左右。

（註二）組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」（GeForce 256）插卡吧?

（註三）筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時，就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士（fellow）」Enrico Clementi 的團隊：因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層，我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦（非 IBM 品牌！）與一大型電腦連接來做平行運算，進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

（註四）補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商：英偉達及 ATI（Array Technology Inc.）。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立，2006 年被超微半導體公司收購，品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐（Lisa Tzwu-Fang Su）博士為執行長後，股票從每股 $4 左右，上升到今天每股超過 $160，其市值已經是英特爾的兩倍，完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色，正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題：超微半導體公司現任總裁（兼 AI 策略負責人）為出生於台北的彭明博（Victor Peng）；與黃仁勳及蘇姿豐一樣，也是小時候就隨父母親移居到美國。

（註五）或。

延伸閱讀

• 「熱力學與能源利用」，《科學月刊》，1982 年 3 月號；收集於《我愛科學》（華騰文化有限公司，2017 年 12 月出版），轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
• 「網路安全技術與比特幣」，《科學月刊》，2020 年 11 月號；轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。

鋼彈 v.s. 福音戰士！日本最具代表性的兩大「人型載人武器」動畫作品，堪稱世紀最大的決鬥。

《機動戰士鋼彈》是 1979 年在電視上播映，之後爆發性的大受歡迎。故事中，把人類乘坐在其中所操縱的機械，根據「將人類的能力擴大」的意思而稱之為 Mobile Suit（機動服）。如果沒有特別說明，「鋼彈」指的就是主角阿姆羅．雷操縱的 Mobile Suit「RX-78-2 GUNDAM」。

《新世紀福音戰士》則是於 1995 年在電視上播映的。福音戰士是用墜落在南極的未知生命體造出的人造人類，加裝金屬的裝甲而成為「泛用人型決戰武器」，只有適合的 14 歲少年少女才能搭乘並操縱。在此所說的福音戰士也多半是指主角碇真嗣搭乘的初號機。

無論哪一方，都是比既有的機械人更進步的東西，無法找出一個名詞概括這兩者。硬要從型態的機能共通點找個名稱的話，就只能用本文開頭所說的「人類型載人武器」吧。但是因為開發和運用的思想不同，所以鋼彈是 Mobile Suit，福音戰士則是泛用人形決戰武器。正因為兩者都背負著各自的世界觀，才令人想知道哪邊比較強！

體格差異極大

首先想說明的是，Mobile Suit 和泛用人形決戰武器二者有著極大的體格差距。根據《超級機械人畫報》（竹書房出版），兩者的性能諸元如下：

• RX-78-2 GUNDAM——全高 18 公尺／自重 43.4 噸 ／全備重量 60 噸
• 福音戰士初號機——全高 40 公尺／重量 700 噸

福音戰士的身高竟然是鋼彈的 2.2 倍，體重也重許多。假如把鋼彈依比例擴大變成和福音戰士一樣高，體重也會變成 2.2 倍的立方，也就是 476 噸。福音戰士雖然看起來苗條卻重達 700 噸，比它重多了！如果把鋼彈比成身高 170 公分、體重 65 公斤的日本人男性平均身材，就像是要他去對戰一名身高 3 公尺 78 公分、體重 1 噸的超巨大大塊頭。要是正面對決，鋼彈根本毫無勝算吧。

但若能靠速度來擾亂敵人，鋼彈應該還有勝算。雖然沒有公布雙方跑步的速度，但如果知道其 1 秒內所能發揮的能量，也就是輸出功率，就可以計算求得。

根據《機動戰士鋼彈 MS 大圖鑑》（BANDAI 出版）一書，鋼彈的發電機功率為 1380 千瓦，換算之後是 1900 馬力，這可比日本陸上自衛隊重 50 噸的 90 式戰車還要高出 25％ 喔。

福音戰士的輸出功率沒有公布，所以就用故事中的活動推測吧。在與第 3 使徒 SAKIEL（水天使）交戰時，福音戰士曾經以蹲姿一口氣從地面跳到身高近 10 倍的高度，並用膝頂擊 SAKIEL 的臉部。在空中的時間為 2.3 秒，由此可以計算出福音戰士的輸出功率為 4600 萬千瓦。和鋼彈相比……哇！大了 3 萬 4 千倍！

輸出功率相差如此之大，想必速度也會大不相同。若根據各自的體格和輸出功率計算，鋼彈能以時速 75 公里奔跑，福音戰士則能跑出時速 1250 公里，相當於音速。

嗚哇，這部泛用人形決戰武器不只身高高了 2.2 倍，體重重了 16 倍，連速度都快了 17 倍！鋼彈想取勝看來是越來越無望了……。

哪一邊的武器比較強力？

可是關於輸出功率，鋼彈是根據設定上的數值，福音戰士卻是從故事中的動作推導出的，這樣的比較或許不大公平。因為設定上的數值與故事中的事實不合的現象，在動畫中是經常可見的。更重要的是，要是鋼彈與福音戰士交戰，想來也不會打肉搏戰。所以在此還是應該比較一下他們的基本裝備。

最具代表性的武器是刀劍。

鋼彈的光束軍刀平常雖然只有刀柄，但戰鬥時就會伸出米諾夫斯基粒子的能束，而成為刀刃長達 10 公尺左右的光劍，發出紅色光芒的刀刃能使金屬熔化甚至蒸發。第一次使用時就曾將薩克的身軀一刀兩斷，由畫面測量切斷所需的時間，從接觸薩克的身體開始大約 1.2 秒左右。

意思是：光束軍刀的溫度非常高。根據前述的《MS 大圖鑑》一書，薩克的裝甲是鈦系的超硬合金。以耐熱的鈦占 100％ 的情形計算，光束軍刀的溫度就高達 1 萬 5 千度。這種溫度能將任何物質蒸發，當然福音戰士的裝甲也會被蒸發，光束軍刀會貫穿福音戰士的身體！

另一方面，福音戰士配備的刀劍是 Progressive knife。根據《福音戰士用語事典　第 1 版》（八幡書店出版）的說明，它是「以高震動粒子的刀刃將接觸的物體從分子層次切斷」的武器。

所謂「從分子層次切斷」，意思是能將原子間的結合切斷吧。在這種情形下，按照刀刃的常理，是無法切斷比自己堅硬的東西的，所以這武器對鋼彈的裝甲是否有用，就取決於 Progressive knife 和鋼彈的月生鈦合金裝甲哪一邊比較堅硬了。單就此事而言，只要沒有實際上真的斬切過就無法斷言。

更令人感興趣的是這兩把刀劍的長度。Progressive knife 因為是短刀，刀身較短。與使用它的福音戰士比較，推測刀身長度約為 3.3 公尺。如前所述鋼彈的光束軍刀是 10 公尺長，所以 Progressive knife 只有光束軍刀 3 分之 1 的長度！

嗯，這樣雙方要如何交戰呢。在福音戰士看來，對手身高雖然不到自己的一半，手上卻拿著比自己的短刀長了３倍以上的高熱軍刀啊。胡亂砍過去的話，搞不好手會被燒斷，戰起來會非常辛苦啊【圖１】。

原本不論體格或運動能力都是偏向福音戰士較強，一旦變成刀劍對決時，情況就逆轉而變成對鋼彈比較有利了。

來吧！決戰開始！

雖然將兩者並列比較過，但光是戰鬥所需的要素比較優秀，實戰未必會勝利。在此還是試著模擬兩者實際交戰會變成怎樣吧。

在第 3 新東京市對峙的鋼彈和福音戰士。因為肉搏戰對鋼彈比較不利，應該會從遠距離發射光束步槍吧。

光束步槍是將與米諾夫斯基粒子結合的 Mega 粒子經過 3 段加速而射出的射擊武器。因為是米諾夫斯基粒子，與前面所見的光束軍刀一樣，所以射出的光束也有 1 萬 5 千度的高溫吧。果然也能將福音戰士的裝甲簡單打穿！

然而仔細一想，這招恐怕會被輕易的反彈回來喔。因為福音戰士是有絕對領域（AT Field）的。在《福音戰士》中的絕對領域，根據說明是一種「一切的生命都擁有的、排他的自我境界領域」，福音戰士和使徒都以它做為強力的防護罩。雖然「排他的自我境界領域」到底是什麼，就科學上來說完全搞不懂，但以防護罩來說，強度倒是說得很明白。故事中曾有過為了打破第 5 使徒 RAMIEL（雷天使）的絕對領域，而必須集中全國 1 億 8 千萬千瓦的電力來驅動正子狙擊步槍的情節。

鋼彈能打破這絕對領域嗎？如同前述，鋼彈的光束軍刀能在 1.2 秒內將薩克的身體一刀兩斷，由此可計算出光束軍刀的輸出功率為 2600 萬千瓦。啥，根本不夠啊！

那麼，光束步槍呢？據說光束步槍擁有將 Mobile Suit 一槍擊破的威力。因為光束軍刀也能一招擊破薩克，所以把光束步槍的輸出功率想成和光束軍刀相同也是理所當然的吧。這麼說來，鋼彈的光束步槍和光束軍刀都等於沒用了……。

面對無法攻擊的鋼彈，福音戰士也會開火射擊吧。可是福音戰士的 Barrett 步槍雖然是主力武器之一，故事中卻很少能發揮出足以左右戰況的威力。想來鋼彈的月生鈦合金裝甲對上薩克的機關槍毫無問題，這步槍的子彈也應該能反彈回去吧。

但就算是反彈回去，鋼彈被打中也未必能平安無事。因為拿槍的是身長 40 公尺的福音戰士，所以這機關槍也應該巨大得一塌糊塗。以現實中的機關槍為本計算一下，它用的可是口徑 28 公分、重 770 公斤的巨大無比的子彈啊。若是這子彈也與現實的機關槍子彈速度相同，以秒速 928 公尺正面撞擊的話，鋼彈會以時速 120 公里的速度被打飛 44 公尺遠【圖２】！

換句話說，福音戰士的機關槍雖然無法破壞鋼彈，卻能持續的把他打飛得遠遠的。在配合絕對領域的防禦之下，就算自己贏不了，也絕不會輸。真是相當便利好用的戰法啊。

最後笑的會是誰？

若是照福音戰士這種步調戰下去，鋼彈就毫無勝算了。對鋼彈來說，無論如何都必須打破絕對領域才行。那麼該怎麼辦呢？

要說勝算在哪，就在於用光束軍刀突刺的戰法。一如用紅外線雷射光將金屬熔斷的情形，左右切斷能力的是單位照射面積上的輸出功率。雖然說光束軍刀整體的輸出功率並沒有 1 億 8 千萬千瓦，但若像劍道的突刺一樣，把能量集中在狹小的面積上，能否突破絕對領域呢？

試著計算看看吧。能突破 RAMIEL 絕對領域的正子狙擊步槍的光束，根據目測直徑約 1 公尺，若是將 1 億 8 千萬千瓦的輸出全部集中在這一小塊面積上，每 1 平方公尺受到的輸出功率為 2 億 3 千萬千瓦。相對的，光束軍刀的直經約 30公分，若是將 2600 萬千瓦集中於其上，每 1 平方公尺就會受到 3 億 7 千萬千瓦。喔！比正子狙擊步槍還高！這下終於能打破絕對領域了！

果真變成這樣，對鋼彈來說就是壓倒性的有利了。用光束步槍破壞 Progressive knife 和 Barrett 步槍，讓福音戰士變成赤手空拳的話，就只需要對付其本體了。用光束軍刀攻擊能打得到的範圍，如腿部和腰部，打不到的地方就用光束步槍亂射，這一來勝利就在眼前啦。

對鋼彈來說還有一個好消息。福音戰士是用連接在背後的臍帶電纜供應電力來活動的。將電纜切斷的話它就會切換成使用內部電源，但最久只能戰鬥 5 分鐘。基於這點，只要用光束軍刀切斷它的電纜，再撐過 5 分鐘的話，就確定能勝利啦！

—高興得太早了一點。福音戰士還有那招。對，就是失控暴走！一旦進入失控暴走，他就會變成沒有時間限制，受損部位還會立刻復原的瘋狂大鬧。在與 SAKIEL 交戰中失控暴走的福音戰士，勝利之後頭部還掉落在地上。也就是說，這個泛用人形決戰武器就算腦袋瓜被砍下來也能繼續戰鬥！？嗯，對上這樣的傢伙，武器幾乎毫無意義。原本體力就壓倒性的強的福音戰士，就算裝甲被蒸發了，就算手被砍斷了，也會完全無所謂的攻擊過來吧。嗚哇！

事已至此，鋼彈束手無策了，快逃啊！

本文摘自《空想科學讀本：大咖對決誰比較厲害》，遠流出版。

文/ARpow

經典的動畫《新世紀福音戰士》動畫版第22集中，為了殲滅使徒，由EVA零號機投擲的朗基努斯之槍，飛出地球貫穿目標，最終到達遙遠的月球。

而能夠突破大氣阻力及重力的速度非比尋常，將朗基努斯槍擲出並達到突破第一宇宙速度想必也需要驚人的臂力！？

經計算後發現，理論上臂力的大小關鍵在於投出花費的時間與朗基努斯槍的質量，然而用手臂投擲長槍頂多施力1秒中就會擲出，所以真正的影響關鍵在於朗基努斯槍的質量，所以越輕所需的臂力則越小。

以下是推導計算，會分成兩部分，其一是不考慮空氣阻力與插上月球所需力道等因素，其二是納入因素將臂力理論值上修，才會接近實際值。

背景題要

1. EVA的世界觀中，在地球的洪荒時期，天地精氣孕集，生長出生命之樹，後來生命之樹的瓦解，剩下一點點沒爛掉的根鬚便化成朗基努斯之槍，朗基努斯之槍擁有強大力量，可以突破AT力場（絕對領域）。
2. 據傳庵野秀明在構思EVA時參照了昭和系奧特曼的平均高度也就是40米左右，再從圖片中相對比率大小去推，朗基努斯之槍長約100米。

基礎假設

1. 朗基努斯之槍為一個木材製品。
2. 朗基努斯之槍硬度為世界之冠，以便忽略插上月球表面時所需的力道。
3. 不考慮空氣阻力及其他能量損耗，朗基努斯之槍飛行時僅受重力。
4. 朗基努斯之槍長100m，比起地球月球之間距極小，可視為質點
5. 忽略朗基努斯之槍頭的不規則形狀，以普通長槍來估計。

為計算之方便性，利用代數符號表示相對應實際已知數值

地球質量 M_E＝5.97×10²⁴ kg

月球質量 M_m＝7.36×10²² kg ≈ 1/81 M_E

地球半徑  R＝6400 km

月球半徑 R＝1740 km ≈ 1/4 R

地球與月球的距離 R_Em＝384400 km ≈ 60R

宇宙第一速度 √GM_E/R ＝7.9 km/s

《第一部份》

示意圖：

討論一：（初速度V需要多少，朗基努斯之槍才能飛到月球）

已知朗基努斯之槍飛行過程僅受重力作用，又重力為保守力，因此力學能守恆，用此力學能守恆觀點處理問題則可以不用處理向量問題，直接處理量值問題，即不用理會飛到月球的路徑如何，只要能飛到月亮即可。

考慮當朗基努斯之槍垂直從地球表面A處已初速度V出發飛到月球表面處時（可見示意圖），速度剛好為0，則根據力學能守恆：

A處和B處之力學能守恆：E_A＝E_B （A處力學能=B處力學能）

而總力學能E_i＝ Ek_i+ Ue_i+ Um_i

（Ek為動能，Ue為地球所貢獻之位能，Um為月球所貢獻之位能）

A處力學能⇒ 

B處力學能⇒ 

又 

⇒ 

因此得到當朗基努斯之槍初速度最小值 

又第一宇宙速度為 

則 ，故可得到第一個結論：當朗基努斯槍初速度 就可從地球表面飛到月球並插在月球表面上，也就可停留在繞月軌道上。

討論二：（需要多少臂力才能讓朗基努斯之槍達到初速度 呢？）

投擲長槍的動作會影響到所需用到的臂力大小，因此簡化問題，只計算作用在朗基努斯之槍的力量大小，這計算可由衝量  關係獲得。

假設朗基努斯之槍的質量為m及臂力作用時間為 Δt，則

上式即為臂力的關係式，可見臂力大小僅與朗基努斯之質量和臂力作用時間有關。而在一般的投擲長槍動作過程中，臂力作用時間頂多1秒或甚至更短，但由動畫影片推估約1秒，故可得第二個結論 。

討論三：（朗基努斯之槍究竟多重？）

因朗基努斯之槍為生命之樹的根鬚，因此為木頭材質，木頭的比重為0.8g/cm³  （即800kg/m³)，且朗基努斯之槍為100m、半徑為1m（此皆為由圖片相對大小取出），忽略其槍頭形狀，則

朗基努斯之槍質量＝ 朗基努之槍體積× 木頭比重

⇒ m＝ 100× 1²× π× 800＝ 80 公噸

故可得第三個結論：朗基努斯之槍質量m=80公噸

即表示需要200個金氏世界紀錄的舉重冠軍用盡全身力氣才能舉起。

第二、第三結論之結合：

臂力大小 ，且 m＝ 80公噸，則

故臂力的理論值為8.64× 10⁸ 而這臂力大小 大約是將88163頭大象舉起的力量大小。

《第二部份》

進階討論：（實際值臂力）

如要探討實際值需要再多考慮以下問題：

1. 投擲出朗基努斯之槍的角度及投擲朗基努斯之槍的緯度對初速度的影響（參考下圖）

• 緯度影響：在一個具有速度的平台上，會讓物體先具有一初始動能，而地球自轉就類似這種平台，而不同緯度給的初始動能亦不同。
• 角度影響：原本只考慮垂直射離地球，但有角度時，就會多考慮進去分量問題。

假設上述影響的動能為 ，而實際初動能為 ，則

     2.  空氣阻力造成的能量耗損

即力學能守恆要改使用能量守恆⇒ E_A+ E_B+ E_h ，而假設

3.  插上月球表面上所需的能量

即需一個末動能為

假設投擲朗基奴斯之槍的軌道已經測量好（即緯度、仰角都已經決定），則由能量守恆處理，則

此處 γ為自定義的修正係數， （且 1<γ，γ受緯度、仰角、空氣阻力、插上月球所需能量影響。）

經過了千辛萬苦的推論後，我們可以知道理論值的臂力大小為

總結論

真的要投擲上去，東西的質量是很大的問題，東西太重需要的臂力太大，太輕又很容易被外力影響而偏離軌道，而動畫中的EVA力氣果然之大……竟然大到可將88163頭大象舉起的力量大小（汗）。