零號機將朗基奴斯之槍投上月球需要多大的臂力？[第壹話]

本文由 Amway 委託，泛科學企劃執行。

到底怎樣才算是「乾淨」？這不是什麼靈魂拷問，而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中，「乾淨」的定義極其殘酷：一粒肉眼看不見的灰塵，就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞，甚至能成為台積電（TSMC）決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中，雖然不需要生產精密晶片，但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密，卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康，你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此，空氣議題早已超越單純的環保範疇，成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

很多人可能沒想到，無論是家用的空氣清淨機，還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠，它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩，而是同一件看起來平凡無奇的東西：一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信，就憑這層厚度不到幾公分的板子，能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎？

這片大家都聽過的 HEPA 濾網，裡面到底是什麼？

首先，我們必須打破一個直覺上的誤解：HEPA 濾網（High Efficiency Particulate Air filter）在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5，是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物，它們能穿過呼吸道直達肺泡，並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本，在工廠與汽車尾氣中，還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1，甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」（UFP，即 PM0.1）。 UFP 不僅能輕易進入血液，甚至能繞過血腦屏障（BBB），進入大腦與胎盤，其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣，單靠孔目大小來「過濾」粒子，那麼為了攔截奈米微粒，濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡，一般人認為的「乾淨」，在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米或 3 奈米（相當於頭髮直徑萬分之一）的晶片而言，空氣中一顆微小的塵埃，就是一顆足以毀滅世界的隕石。

因此，傳統的過濾思維並非治本之道，我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形，最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身，誕生於曼哈頓計畫！

1940 年代，製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而，若將排氣直接排向大氣，會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾（Irving Langmuir），他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」（Absolute Filter），其內部並非有孔的篩網，而是石綿纖維。

有趣的來了，如果把過濾器放到顯微鏡下，你會發現纖維之間的空隙，其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢？這是因為在奈米尺度下，物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時，並非走直線，而是會受到空氣分子撞擊，而產生「布朗運動」（Brownian Motion），像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時，布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動，最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時，靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客，就這樣被永久禁錮迷宮中。

現在最常見的 HEPA 材料，是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間，它們在濾網內隨機交織，像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後，並非僅僅面對一層薄紙，而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層，微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外，HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵，那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀，中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐，目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒，而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺：過濾不是越快越好嗎？

其實，這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管，如果你捏住出口，水流會變得湍急；若將出口放開並擴大，雖然總出水量不變，但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言，當表面積越大，單位面積所需承載的空氣量就越少，空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久，增加被捕捉的機會。此外，越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」，延長了使用壽命，這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

然而，即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter)，但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ，其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物，去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念？塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子，大小約在 2 至 200 微米；細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米，細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」，大多數的病毒（如流感、新冠病毒）都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說，基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上，它更獲得英國過敏協會（Allergy UK）認證，能有效處理 19 大類、102 種過敏原，濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

然而，同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室，就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷，就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中，硼是常見的 P 型摻雜物，用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕，進而釋放出極微量的硼離子，就可能直接污染晶圓，改變其導電特性，導致晶片報廢。

此外，無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA（超低穿透率空氣濾網） 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中，任何多穿透的一顆微塵，都代表著一筆不小的經濟損失。

為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率，材料學家搬出了塑膠界的王者，PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕，還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維，其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕，但它既昂貴且物理上也很脆弱，安裝時若不小心稍微觸碰，數萬元的濾網就可能報銷。因此，你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此，在空氣濾淨系統中，還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網，就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附？

好不容易將微塵擋在門外時，危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王：AMC（氣態分子污染物）。

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒，但面對氣態分子時，就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般，能輕易穿過物理濾網的縫隙，其中包括氮氧化物、二氧化硫，以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物（VOCs）。

為了對付這些幽靈，我們必須在物理防線之外，加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同，這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理（Impregnation）」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質，在活性碳上添加不同的化學藥劑：

• 酸鹼中和：對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體，會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑，透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之，如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑，就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
• 物理吸附與凡德瓦力：對於最麻煩的有機揮發物（VOCs，如甲醛、甲苯），因為它們不具酸鹼性，科學家會精密調控活性碳的孔徑大小，利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力（凡德瓦力），像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。

空氣濾淨的終極邏輯：物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境，活性碳的運用並非「亂槍打鳥」，而是一場極其精密的對戰策略。

工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告，像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝，打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區（Photolithography），晶圓最怕的是人體呼出的氨氣，此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和；而在蝕刻區（Etching），若偵測到酸性廢氣，則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯，是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中，雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析，但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯，正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網，更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳，科學界有個關鍵指標：「比表面積（Specific Surface Area）」。活性碳的孔隙越多、表面積越大，其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳，並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理，打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克，但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字，相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積，是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是，它還添加了雙重觸媒技術，能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線，能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體，或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來，成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說，無論是造價百億的半導體無塵室，還是守護家人的空氣清淨機，其背後的科學邏輯如出一轍：「物理濾網攔截微粒，化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作，空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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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）。