第四章 星球大战78

光剑79的能量源自何处?

这个问题已经萦绕在我心上很久了,不吐不快:

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使用一把光剑需要什么样的能量源?

看过探索频道的《科幻科学》80这档节目之后,我就开始思考上面这个问题了。在其中一集里,理论物理学家、未来主义者米基奥·卡库谈到了如何打造一把光剑的问题。这一集看起来有点让人觉得傻,但里面的科学内容还是颇有看点的。节目到最后,米基奥·卡库决定制造一把手握式的等离子体火炬81。在做出决定的时候,他同时认为要做这么一把光剑能量功率级为兆瓦82

电视节目并没有按我的方向去深入探索这个问题。我关注的是《星球大战前传1:幽灵的威胁》83开篇里的那一幕:魁刚84尝试着用他手中的光剑戳穿一扇门。因为金属门实质已经开始融化了,我完全可以凭借这一幕镜头就来预估一下光剑内部必须存储多少能量才能完成这样一个动作。那么要多少能量呢?

我承认光剑这种东西并不真实存在。哦,或者真有这类东西,但用的是有某种特殊力量的水晶也未尝不可。当然即便这样也不能阻止我继续这个问题。在讨论之前,我先给大家做一些背景铺垫?首先,我们先讲一下黑体辐射。

黑体85是物理学里定义的一种理想物体,当黑体处于高温态的时候(即便没有处于高温态),黑体会发出电磁波。简而言之,黑体会因自身温度不同而散发出不同颜色的光线,并且它发出的光并非因为反射外界光线。黑体辐射随着温度的不同而变化,由于光谱分布的峰值波长86的不同会呈现出各种颜色。黑体的这种现象对于密度高的固体适用,但对于低密度的气体而言并不适用。

根据黑体的原理,当物体温度升高,会发生两种变化:第一,物体会发出更多的光;第二,最高强度的光的颜色朝光谱中蓝色部分移动。

在日常生活中有两个黑体的绝佳例子:第一个是太阳和白炽灯泡的灯丝,另一个例子是在电热炉的炉丝。当炉子里的炉芯在加热,它产生的光主要是在红外区(所以你不能看到它)。由于炉芯温度升高,它所产生的光谱开始偏向短波并且开始看上去发红(但千万不要去碰触)。如果温度继续升高,炉芯的颜色就会偏黄。

关键是你可以通过黑体发光的颜色反向判断出黑体的温度。我就说到这里吧(它有可能更为复杂)。从《幽灵的威胁》的一些剪辑中,我会用门融化时的颜色来判断其温度。

那么热能呢?需要多少能量才能增加材料的温度?这取决于温度的变化,物体的质量与该材料的比热容。

我们常说物体热能的变化量等于进入物体的那部分热量(热量通常由字母Q表示)。在讨论热能的时候,我想先明确一下,大家都见过烤箱里放在铝箔上的比萨饼吧?假设你把比萨饼放进烤箱,加热直到温度为约180℃为止。打开烤箱,你可以触摸铝箔吗?可以,但请千万不要触摸比萨饼!铝箔的质量非常低,不会吸收并储存多少热能(所以摸了它不会烫伤你的手),对于比萨饼而言可完全不是这样。

还有一点有关热能的因素要加以考虑。如果该材料形态上出现变化,比如,从固体变成了液体?促成这种变化产生所需要的能量还是一样取决于物体的质量与材料的种类(比热容)。一种材料从固体变成液体所需的能量等于物体熔融态87的潜热88乘以物体的质量。

现在就《星球大战》里的一些场景做些测量与估算。根据电影里的观察到的一帧画面,我可以调整在线的黑体模拟器89,直到它显示的颜色和我在电影里看的颜色一样时为止。经调试该模拟器得出的金属温度较低处大约为2700K,靠近光剑处的温度为5200K。

再要估算质量呢?这一个比较难了。首先,整个门温度很高(你知道,因为热传导的缘故),所以让我从温度相对较高的部分开始。魁刚使用他的光剑划出一条长度为2m,宽为7cm的口子,这条融化了的金属切口有多深?观察一下他从门的另外一面用光剑戳进去的情况,我估算大概切口的深度是20cm。这样划开部位的金属总体积就是0.028m3。对于门上还有的其他部分,我可以大致认为温度较低(但仍旧烫)的部分是融化部分质量的两倍。

假如我知道这是什么类型的材料制成的门,我就能知道金属的密度和质量。在考虑材料的问题上,我能想象有人马上会有异议:

嘿,朋友,物体的能量你是怎么算出来的啊?这根本就是贸易联盟90从别的地方窃取来的神秘透明铝材料,这种材料的密度是很轻很轻的哦!

我同意,这种门的材质可能是闻所未闻的。但是,要为一种完全不知名的材料计算热能或者密度我也会束手无策了。倒还不如就让我假定这就是一种为人们已知的材料。因此,什么金属材料熔化温度大约是5000K或至少熔点高于2700K(因为较热的那一部分也许比熔点要高)?如果它是一种元素,最有可能就是钨或碳。然而,这些材料似乎都不太可能。钛的熔点是1930K。如果它的确是一种元素,我就会选钛,因为这种金属材质颇合乎情理,复仇者联盟使用的也只会是这种高级材料。

把这些数字全部放到一起,并假设光剑划开门花了9s时间,我算出光剑的最小输出功率是28000W。

现在,我上哪里可以得到这28kW?该庆幸至少它不是1.21万kW,这将需要一个闪电或核聚变91切割那道门需要的能量透露出了光剑的能量来源的一点蛛丝马迹(但并不是所有)。我想估算出能量源的能量密度。要做到这一点,我先要估计一下光剑在不充能量的状态下能运行多久。这个问题也不容易。也许这些光剑根本无需补充能量就可以永远运行下去,但我不这样认为,因为这样一来这个话题多少也就会失去趣味了。因此,光剑能维持多久?要我说,至少可以维持两个小时的使用吧。这个答案看起来似乎是合理的,不是吗?那会涉及到多少能量?功率(W)是能量(J)除以时间(s),所以总能量将超过3×106J。

为了最后弄清楚光剑的能量来源到底是什么,我还需要知道光剑的尺寸。宽松地估算一下,我会认为光剑圆柱体半径是3cm,长度是15cm。这肯定已经足够大了。如果这样的话,那么这个能量来源的能量密度将会是8×109J/m3。为了做下对比明确一下能量的大小,维基百科有能量强度表很实用92。对照一下,这把光剑的能量密度大小位于八硝基立方烷爆炸(不知道那是什么)和铍氧(同样不知道)之间。就目前所知的地球上的电池,好像最高的能量密度是氟离子的2.8MJ/L93

也许你想用普通的旧AA电池运行光剑?一节正常的AA电池具有约1.08×104J的储存能量。如果我想运行28000W光剑持续2小时,那它就需要2.016×108J的能量。要多少AA电池?超过18000节AA电池。我想光剑应该不会自己带上那么多电池吧。

好吧,这下我算是明白了,原来绝地武士真的有一种神秘的电源在源源不断地提供能量。

飞船越大,推进器就越大吗?

如果你是一个书虫,平时也喜欢在网络上冲浪,你一定已经见过这个很棒的网站:http://www.merzo.net/,这个由杰夫·罗素创建的网站展示了许多科幻小说里的(有些是真实的)飞船。这些飞船造型不同、大小各异,非常有趣。我强烈建议你花点时间去网站上亲眼目睹一番。

当然,当我看到这样的图片,我已不能仅仅用“酷”来表示惊叹了。有一件事我一直认为很有趣:思考不同大小的物体间的区别。也许一般人的想法是尺寸上多大多小关系不大。但事实并非如此。让我先谈谈我自己脑海中的飞船吧——一个背面装有推进器,里面只能容纳一个人的球体。

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R:单人船的半径 L:推进器的直径

现在,如果我想把我的飞船变得大一些会怎么样?让我继续这个话题,把一些相关的因素都挖掘出来。

推进器做的是什么工作呢?这是一个很大的问题。在真正的航天器里,推进器是用来改变航天器动量的。你可以把推进器理解为一种对航天器施力使其加速的仪器。如果你把推进器打开一段很长的时间会怎么样?它会继续保持加速。你看出问题所在了吗?因为空气阻力的缘故,大多数科幻小说里出现的航天器使用了推进器,却以恒定的速度飞行。

问题的关键是,虽然和电影里的情节矛盾,我将依然假设推进器对飞船进行加速,现在我继续。

还需要做一些其他的假设吗?当然,一些科幻迷可能无法认同所有的假设,但即使他们不予赞同也不能让我停止探索这个问题。这些假设中有一些实际上可能并不成立,但是,它们和真实情况是很接近的,也能很好地展示了我的观点。

●推进器力的大小和推进器的面积是成正比的。你可以用各种各样的原因来跟我辩驳说真实情况不是这样的,但我仍然坚持我的假设。

●大大小小的宇宙飞船的密度是一样的。是的,你说的对,如果所有飞船的船壁的密度是一样的,那么大船作为一整艘船的密度就变低了。但是不要忘了大船内部也有隔层。

●小的宇宙飞船和大的宇宙飞船都产生相同(或相似)的加速度。

●下面的术语都指同样的一件东西:飞船、星际飞船、航天器,但不包括“星船”(starship),这个词我们只用来代表一个乐队,那个唱了“我们建立了这个城市”摇滚曲的乐队。

现在,我们再来谈一些物理。如果作用在飞船上的力只由推进器提供,则加速度将与推进器上的力成正比。加速度也将取决于飞船的质量。对于相同的力,质量越大,加速度越小。这就是牛顿第二运动定律的本质。

我想象出来的单人船的半径为R,推进器的直径L。如果推力与推进器的面积成正比,那么对飞船的推力就应该是一个常数与L2的乘积。

那么质量呢?因为此宇宙飞船是球形的,所以质量将是一个常数(在此情况下是4/3π)与R3的乘积。因为加速度等于力比上质量,因此它与L2/R3成正比。我可以说,推进器的直径与R3/2成正比,其他常量并不重要。

现在,让我建造一艘更大的飞船。它将是第一个飞船半径的10倍,密度相同,加速度也一样。那么它需要多大的推进器?如果飞船其他的参数是相同的,并且我将半径扩大为原来的10倍,那么推进器的直径将会是原来的31.6倍。

更加确切地说,让飞船长度上扩大到原来的10倍,体积就会是原来的1000倍(质量也会因此变化)。为了保证原来的加速度,我不得不把推进器扩大到10倍以上,因为推力和面积成正比。其结果是,更大的飞船并不是原来的小飞船按比例放大的得到的。我这里用一个对比图可以加以说明:左边这个是单人的飞船,右边这个是直径扩大过了的飞船。

推进器的大小比飞船大小攀升得要快。

现在,我们从《星球大战》里面来寻求一些例子,有两艘飞船正好可以供我们为推进器尺寸做“案例研究”:歼星舰和超级歼星舰94。为什么要选这两艘飞船进行对比呢?因为它们同在一个宇宙里,它们形状相同,我也可以肯定地认为它们的密度相同。最后,如果它们将要在同一个舰队里的话,它们需要齐头并进,加速度也必须是一样的。杰夫·罗素的太空飞船网页上就有这两艘飞船的平列比较图,你可以去看一下。

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显然,有一些关于超级歼星舰大小的讨论(例如:http://www.theforce.net/swtc/ssd.html)。这方面我站在杰夫·罗素一边,同意他在网站上公布出来的数据:歼星舰长1.6km,超级歼星舰长19km。

推进器呢?根据TheForce.net网页显示,超级歼星舰背面有13个推进器,普通的歼星舰背面只有3个推进器。通过图表,我还发现,歼星舰的推进器的直径大约是0.126千米。因为我已经了解到歼星舰推进器的长度和尺寸,以此类推,我就能确定超级歼星舰上安装的推进器是多大。

准备好了吧。考虑到超级歼星舰上有更多的推进器这一事实,我发现每个推进器的直径都得在2.48km。所以呢?这意味着整只舰大概一半的地方需要为推进器腾地方,根本不是你原来设想的那样,飞船上到处分布着类似喷嘴式的零零星星设备,它看起来再也不似那个气势凌人的死亡机器,取而代之的是一艘看起来像沼泽上行进的风扇艇95了。

如果R2-D296能飞翔,他的重量是多少?

让我先从一个小测验的问题开始。

在《星球大战II:克隆人的进攻》里,R2-D2展现了他飞翔的能力。R2-D2会飞,有什么不对的吗?对于这个问题,可能的答案如下:

(1)没有。乔治·卢卡斯97的本意就是让他在《星球大战》的一开始就大显身手一番,可惜当时用Commodore6498号计算机不能制作R2这种数码飞行的特效,所以只能作罢。

(2)如果R2能飞,为什么原来的三部曲里面不见他飞呢?

(3)他不会以那种方式飞。

(4)机器人不应被允许飞行。

这里,你看(1)这个选项很容易让人上当。为什么(1)不对?因为Commodore64直到1982年才发行,《星球大战》电影(那时候《星球大战》还只是被称为《星球大战》)最早发行年代是1977年,所以(1)答案肯定不是正确的。

正确答案是(3):R2-D2不会以那种方式飞。

不以那种方式飞,那他是怎么飞的呢?如果你仔细看电影,你会发现虽然R2(所有和他的关系很铁的朋友都叫他R2而不是R2-D2——他的全名)在飞行的时候,他的推进器并不是和行进方向在一条直线上的,推进器是倾斜的,一半向后伸,一半往下降。下面这张图用另外一个机器人来模拟R2-D2飞行方式:

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这就是R2以一个恒定速度飞行时的方式。你可能会想:咦,这有什么不对的呢?看起来丝毫没有问题啊!但我觉得这才是真正的问题。R2的飞行方式是按照大多数人对于力量与运动的思考来进行的,所以没有人会认为这里面有问题。

啊,但现在我们正在谈论的就是力和运动。让我以这一领域里的两位专家来引入我们的讨论:亚里士多德和艾萨克·牛顿。

亚里士多德对于力和运动有什么见解?对他来说,恒力是维持物体不断运动的原因。说实话,对于大多数人来说,这样的想法是很有道理的。即使亚里士多德讲的是希腊语,很多人也会认同他。这样的想法在现实中不是得到了印证吗?如果我在桌面上移动一本书,这本书动起来了,如果我加大我的推力,它动起来的速度就更快了。如果我停下来不再推,这本书也将停止运动。这种想法很简单明了。

根据亚里士多德,R2-D2应该以上述方式飞行。要以恒定的速度飞行,他需要把推进器的角度向后调整一下。这样一来,推进器的一部分可以在后面给予一个向上的推进力,让他免于下坠,另外一部分可以给予一个向前的推进力支持他水平飞行。

现在,牛顿呢?关于力和运动的更完备的理论不只是牛顿个人提出来的。只不过人们把这些理论一律归结在牛顿运动定理的“账”下。牛顿说,力是改变物体运动状态的原因。关键词是“改变”。如果对一个物体施加一个恒力,它会持续改变其运动。这也就是说在一个恒力的作用下物体的速度会不断攀升。

考虑下面这个例子。保龄球静止地停在光滑的保龄球道上。如果你轻轻一推,它就开始移动,继续滚动一段时间,但最终会停止。这是因为球道在保龄球上施加了一个大多数人都会忘记的一个力:摩擦力。因此推球后,使球慢下来只有这个力。但是,如果你在球后面追着它不断地推它着跑,你可以以很小的一点推力使它以匀速继续运动下去,因为你的推力正是起到了平衡摩擦力的作用。如果使用长棒,施加一个比摩擦力更大的持续力,球的运动速度会越来越快。

假设有一个方法可以从一个移动物体上移除所有的力。对于这样的一个物体,速度将保持不变。我知道这很难想象,因为我们在地球上看到的一切物体都受到某种摩擦力的影响。

好吧,如果你看一下R2飞行的方式,这种方式和亚里士多德或者90%的人的想法是不默而合的。但有没有什么办法,可以使这个R2-D2的飞行方式和牛顿运动定律相一致呢?换句话说,在什么情况下,这种飞行方式符合牛顿物理学?

空气阻力就是我们在这个时候的最佳选择。假设R2飞行空气阻力是不可忽略的。在这种情况下,他就必须调整一下推进器的角度,让它与飞行器成一直线的方向上偏离一点,起到平衡水平方向上空气阻力的作用。实际上,我们可以根据这种关系计算出R2的重量。其过程为:假设已知空气阻力与它飞行的速度,计算出用于推进的推力也不在话下了。如果知道推力有多大,我们就可以方便地算出推力在竖直方向上提起他的力的大小。如果我画一张R2的受力分析图,应该是这样的:

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如果我能模拟算出空气阻力的大小,我就可以估算出推力进而得到R2的重量。

首先,做一些假设:

●我将假设存在类似于地心引力的引力场。为什么这么做呢?为什么不?如果你看看人物在电影里面是如何活蹦乱跳的,你就会明白他们好像就是在地球上(他们确实是在地球上)。

●存在类似地球上的空气的环境。这个有点难以自圆其说了。我怎么知道空气是不是超密度的?或相反密度非常低?我不知道。但因为我没有太多的选择,权宜之计下,我只好假设这颗星球上的空气和地球上的空气密度一样。

●对于这种具体的情况,我也将使用2.3m/s这个速度。这就不是一个假设了。通过使用视频分析,我绘制了一张R2在不同时刻位于不同位置的的坐标图,我再把不同位置与时间连成一条直线。这条直线的斜率就是速度。

●该推进器角度与R2的角度约为43°。这也是从视频里测量得到的。

●最后,我将必须对R2-D2的物理尺寸做出估计。

接下来我的事情就是评估一下空气阻力的大小。对于低速运动的物体(像这样的)空气阻力与速度的平方、物体的大小和形状、空气的密度成正比。有了这些估值,每一个R2的单元质量大约为100g,这使得他的密度跟空气自身的密度所差无几了。如果密度这么低,他会飘浮起来。说真的,他甚至不需要用什么向上调整推进器来抵消空去阻力。

最后,R2-D2不可能那么轻。他只是飞行的方式错了而已。

爆能枪99的速度有多快?

你并不知道其实很久以前我就已经打算好好研究一下《星球大战》里的爆能枪了。但是,直到2012年——《星球大战》35周年庆典的时候,我才下决心要认认真真地去完成我的这项研究(之前那次我还没开始着手做这件事呢)。我想要在我的研究里解答这些问题:《星球大战》里的这些爆能枪到底是什么?这些爆能枪发射的冲击波的速度是多少?飞船上的爆能枪和手持式的爆能枪的速度是否一致?为什么人们会认为爆能枪其实是“激光枪”?

我几乎可以肯定(几乎)《星球大战》整部影片里没有哪个角色在哪个场合把这些武器称为“激光枪”的(即使是在第一集里)。这个问题并没有太多的讨论空间,因为这个话题恐怕过去已经被讨论上千遍了。但简言之,有两点需要注意:

第一点,如果它们是激光器,你根本不可能从侧面把光束看清。你见过红色的激光笔吗?除非偶尔透过粉笔灰尘,否则你也许根本看不到那条激光束。我相信会有极客在这个时候站出来为我们好好解释一番在电影里能看见激光束的各种可能的条件(比如,那里的整个大气层根本就和地球的大气层不一样,或者所有的情景事实上都发生在水底)。然而,这些解释讲得再天花乱坠也无用,因为事实就是人从侧面看不到激光,如是而已。

第二点:激光是以光的速度行进的。但在电影里,显然你可以看到这些冲击波运动得比光速要缓慢得许多。具体小多少?我不知道,但我会找到具体的答案。

如何得出一把爆能枪发出冲击波的速度?我不认为这个问题只有一个标准答案那么简单。相反,答案取决于具体的场景——那些爆能枪被发射时的场景。好了,让我们开始吧。我选择的第一幕的场景是莱娅公主100的封锁穿越舰101试图从歼星舰的追击之下逃跑。当然,两架飞船彼此相互射击了。

如何得出这两艘飞船发射出的冲击波速度?一般情况下,如果已知冲击波行进的距离与完成这段距离所花的时间,我就可以通过距离除以时间的比值来得出平均速度。你可以通过计算视频的帧数来计算出时间,如果影片被录制到DVD格式上上,帧速率是30fps102,表明每帧仅有0.033s的间隔。首先需要考虑的是较小飞船的尺寸。

我需要根据《星球大战》这第一幕里的情况对距离进行估算。歼星舰在追击封锁穿越舰的时候,两者之间的距离会是多少?透视的问题会不会形成干扰?在这种复杂情况下,我的假设就会略微大胆一些。我直接去飞船尺寸网103上查看一下。没错,上次查看飞船推进器的尺寸,我上的也是这个网站。

从飞船尺寸网上看,反叛军的封锁穿越舰长度为150m。由于透视和拍摄角度的问题,我估算两艘舰之间的距离大约是10艘穿越舰那么长,即1500m(+/-500m)。这个距离似乎很远,但也只能估算出一个大致。

根据电影里带有爆能枪射击的每一帧画面所显示,冲击波的行进时间是0.08s,根据估算的距离,经计算爆能枪的速度是180km/s。

那么那些非太空场景的击打镜头里呢?紧接着的第二幕里,帝国冲锋队爆破进入了封锁穿越舰,给叛军展示谁才是真正的“上级”。对于这一幕,分析就有点不同了。摄像距离似乎已经足够远了,我也许可以尝试来一次真正的基于视频的分析。我可以使用某种软件104在视频的每一帧里标记好物体的位置。一旦确定好了一个比例尺,程序会自动给出物体的x、y坐标和时间数据。假设冲锋队的队员从腰带到头顶部的距离为0.71m(一个站立的冲锋队员身高约1.78m)。获得这些数据之后,我算得爆能枪的冲击波速度是15m/s。你或许已经看出问题所在了:在太空里使用比手持使用爆能枪的速度要快得多。好吧,也许这就是这些冲击波并非激光的佐证,如果是激光,不管以何种方式发射速度应该是保持一致的。

这只是两则例子而已。《星球大战》里面可不乏这种射击的镜头(我还没算上刚刚看完的《星球大战4:新的希望》里的那一部分射击镜头)。让我来看看,我是否可以从这其余的场景中获取更多有用的数据。

向你展示其余部分的数据之前,我们来看一下一个特例“死星”105。我不知道“死星”发射出来的冲击波是不是和爆能枪的一样。但我分析一下倒也无妨。如果死星的直径为160km,当它摧毁奥德兰(一颗和平、没有武器的行星)的时候,我可以就此粗略估算出冲击波的速度。实际上,死星的射击涉及两个阶段的速度。首先,一些东西从死星上的一个庞大圈体里被释放出来,然后这些东西混合在一起形成一个巨大的冲击波。

经过快速分析,我发现,冲击波在第一阶段的速度是600km/s,一旦混合在一起,所得到的冲击波的速度是1000km/s。这两个值都是从只有死星存在的镜头里算出来的。

下面这个场景就失之离奇了:在接下来的镜头里,冲击波直冲向奥德兰(一个和平的星球),大约0.2s之后,冲击波击中星球。如果速度是恒定的,奥德兰和死星之间的距离仅196km。我不知道奥德兰有多大,但国际空间站距离地球表面约300km,所以……可想而知了。

现在,来看一下采自第4、5、6集的其余部分数据。为什么不包括第1、2、3集的数据?好了,很多人会认为1、2、3集都不是真正的《星球大战》系列电影,主要是因为这几集里有加·加·宾克斯106。然而,还有另外一个原因:1、2、3集里有爆能枪的射击镜头比4、5、6集要多,这样可供我参考的镜头实在是过于庞杂了。看完最初的三部曲107之后,我认为我对于数据的研究包括了所有射击镜头的10%到15%。1、2、3集电影里有许多场景并不能提供一副完整的爆能枪射击的视图,或者无法让我能在射击点附近找到一个合适的比例尺。某些射击镜头还是朝向或者远离摄像机,造成很突出的透视问题。因此,在最后,经过删选,我从4、5、6集搜集到的91次射击中得出了的数据中有19次是太空镜头。

现在只有一个办法可以向你展示爆能枪冲击波速度的分布情况——建立柱状图。但一张普通的柱状图是无法正常使用的。为什么呢?因为我试图记录的速度跨度在10m/s~106m/s,这张图显然容纳不了这样大的数据跨度。因此,我不如取速度的自然对数来解决这个问题,这样最终得到的图形也不是一个线性的比例图了。

下面这张图表示的就是分别在地面、太空和死星上使用爆能枪时光束的速度:

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爆能枪冲击波的速度

该圆形区域显示的是死星的数据,只有两个值,但在速度方面和其他数据大相径庭。地面使用和太空使用爆能枪的速度有些重叠。为什么呢?因为有几个地面射击的镜头离摄像机较远,几个靠的很近的特写镜头的场景却是在外太空(比如当他们表现出X翼战斗机中的R2呼啸而过的镜头时)。但这张图似乎仍然很清楚地说明了地面和太空的镜头之间的差异。

另一个方面,我也注意到了:当飞船发射一个冲击波的时候,一些飞船发射的是红色的波,另外一些飞船发射的是绿色的冲击波。手持式的爆能枪发射的全是红色的,我不知道为什么没有手持式爆能枪发射的是绿色的波。

为什么速度千差万别?别担心,我的目的并不是为了破坏科幻作品的气氛。我知道,《星球大战》只是一部电影。我也知道,汉·索罗108的冲击波除了空气之外并没有真正打到什么。为什么要对场景做一番分析,分成地面和太空两种?制作电影的人实际上是在电脑屏幕上用手把这些冲击波绘制出来的,他们在制作的过程中往往只是考虑上一帧与下一帧上要取得一致,而不顾及具体场景的变化。如果你在分析过程中也按上述的思路没有恰当地把场景的透视比例尺考虑在内,那么所有冲击波看起来必然就会有相同的速度了。也就是说,尽管场景各异,结果冲击波的速度全部一模一样。

好吧,《星球大战》里的大师们只是犯了人类会犯的错误。是的,但有什么办法可以解决这一问题?首先,让我对地面冲击波射击发表一下评论。地面冲击波的平均速度是34.9m/s,这好比我们身处一个棒球球场一般。与约10m/s的Nerf枪109的子弹的速度相比,可以说明以下两个方面:

●绝地武士用光剑把冲击波挡回去的过程和一个棒球手击中一个棒球相仿。

●在家中院子里玩Nerf枪、塑料制作的光剑和电影里差距不大。

实际上,对于任何一个正常人要想躲避开冲击波的射击并不是一件很困难的事情,尤其是如果它是从那么远的地方发射过来的。也许这可以解释为什么大家都觉得冲锋队在对抗冲击波的时候表现得那么逊色。不是他们弱,只不过汉、楚巴卡和卢克110可以很轻而易举地躲避这些冲击波,而那些冲锋队员相反却难逃一击。为什么?因为这些防爆头盔阻碍了他们的视线。前方有东西打过来,但如果你看不见,当然你也无法闪避了(除了路加以外)。

那么太空里的爆能枪和手持式爆能枪之间有没有差异?我认为这不成问题。它们毕竟不是一种武器,不是吗?由于不是一种武器,它们发射的冲击波也不必具有相同的速度。唯一需要解决的事情就是让这些太空远镜头里的发射的冲击波速度取得一致。那么,在电影里也就不必展现诸如冲击波擦过R2这样的近景镜头了,如果要与远镜头速度上取得一致,冲击波在这样的近距离下速度就会快到捕捉不到。

另一个你可以想到的办法就是增加了手持爆能枪的速度。如果你想要速度是如500m/s子弹般的速度,电影中会发生哪些改变?好了,第一个变化就是在连续的两帧画面里将看不到同一颗子弹。这个变化很简单——你会看到枪射击了,但冲击波你却看不到。如果想看到冲击波“嗖嗖呼啸而过”,你就展示一个镜头装装样就好了。这样一来,像我这样的科普博客写手就捉襟见肘了,再也不会有什么好办法得出什么数据了。问题解决,大功告成!

还有一点:到底爆能枪是什么东西?不是激光,对不对?我的猜测是这是某种超热形式的东西。也许是受热被激发的等离子气体,但是问题是它会受到空气阻力。如果冲击波质量很小,我认为它根本传不太远(尤其是在低速状态下)。也许气体的温度已经足够电离它前面的空气了。或者,也许这是某种类型非常小,温度很高的子弹。老实说,我也不确定。

你很清楚一谈起《星球大战》会发生什么状况吧?极客思维立即会爆棚。让我先小试身手给出一些答案吧。但请你看了这些我脑袋一拍假想出来的评论之后不要觉得生气,我只是想打趣一番而已。

“此话当真?你费劲周折分析了半天的东西原来是不现实的?”我不确定这算不算是个问题,但没错,事实的确如此。这样的事也会发生在你身上,而且千真万确——你刚刚浪费了8个小时玩电脑游戏吗?游戏也算不上现实。

“你一定没什么个人生活。你干嘛不出门干点其他的事情?”这个说法和刚刚那个实质上也没什么区别。

“难道真的有人花钱让你这样浪费时间吗?”我不确定是不是真的有人会花钱让我来做这么一番确实的分析。但是我真的认为这件事情值得我发一个帖子。因为,它展示了从某样事物上取得数据(即使这样事物明显就是不真实的)并进行分析的整个过程。

“你说死星直径达到160km。但事实上,原始计划中,死星的直径却达到180km。但是最后,为了如期竣工以摧毁亚汶四号上的叛军基地,还是改为160km”。

没错。

“在太空里怎么会听到爆能枪的声音?”

如果你有神力,自然有本事听清楚了。

“每一束爆能枪的光束有多少能量?”

算是又一个问到点子上的问题。你可以估算一下一条射线的大致体积,并假设这是某个温度值下的一团气体。你进而可以猜想出这团气体的密度值,但那只是计算能量大小的一种办法。

“我原来设想可能你会在计算爆能枪的速度方面更模糊一些。”我也这么认为。

汉先发制人了吗?他能否后开枪?

偶尔看到一件T恤上印了这样的字:“汉先发制人”。在极客/书虫文化里,这可是一个不容小觑的大问题。容我长话短说,先做一番交代。1977年,乔治·卢卡斯发布了《星球大战》电影的第一集。这部电影在某个场景,汉·索罗和一个叫葛瑞多的赏金猎人111正面交锋,因为前者欠了后者钱,后者来追债了。于是乎,葛瑞多猛然射出一道冲击波想要置汉于死地。可是,等等!千钧一发之际,汉挥拳痛击了葛瑞多,并飞快地从桌下开了枪。一声巨响过后,葛瑞多就毙命了。

对于大多数的星战迷,这一幕多多少少道出点汉的性格特质。他是一个刀刃舔血的武士,会不惜一切代价地让自己渡过难关。而且看来他还颇有些战斗经验,知道如果自己不先出手形势是不会利于自己的。所以,他毫不犹豫就动手了。他坏吗?够得上“坏蛋”这个名号吗?从法律角度来思考,汉当然称不上什么英雄名士。只是可怜葛瑞多,横尸弹下,再也没有什么机会了。

1997年,乔治·卢卡斯又重新发布《星球大战IV》。这次他做了一些小改动。当然,特效成了重头戏。新版本中,葛瑞多向汉射击但未能击中(只有约2m远的地方)。当然,汉也别无选择,只能还击,这只算自卫罢了,对吗?

让我们来仔细看看1997年版本里的事件顺序。使用视频分析,得到以下汉和葛瑞多射击的剧情解析:

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首先,你可能会注意到汉是射击了两次的。第一枪没有击中,他随即补了一枪,想用武力确保葛瑞多完命。

使用上面的精细的视频分析软件,我得到如下的事件时间表:

●在t=0.04s时,葛瑞多射击。

●在t=0.36s时,汉打出第一枪。

●在t=0.567s时,汉打出第二枪。

●葛瑞多被击中殒命。

●汉做了点小动作,借此混淆视听。

这里有个真正的问题:汉有没有足够的时间对葛瑞多的射击作出反应?汉是真的想开枪吗?如果汉只是对葛瑞多那失败的一枪做出反应,他原本就会立马决定,并在短短0.32s内射击。当然,前提是他已经瞄准了葛瑞多。或者,汉并不是对葛瑞多那一枪做出反应,而只是想赶在葛瑞多开枪之前先发制人。不管哪种情况,事情还是发生了,爆能枪就在0.32s的时间内响了。我们如果假设手指扣动扳机和子弹射出需要0.2s的时间,那么留给汉做出反应的时间就剩下0.12s了。

合理的反应时间是多久?根据维基百科上112快枪手网页上的文章显示,最优秀的快速射击手拔出枪射击的时间需要0.145s。好了,汉的枪就在面前不必拔出来了,我想即使0.12s的反应时间也合情合理。

真讨厌。我原本想证明的是汉没有办法开枪向葛瑞多报复,除非他有某种绝地武士才有的神力。不过,也许他就是绝地武士。也许他身体里面就潜藏着一种未知的只有绝地武士才有的力量,这才让葛瑞多打偏了枪,也许汉甚至连自己也不知道他有这种力量吧。或许,汉就是这样一种人,他想的是:

“哦,这就是葛瑞多那家伙了。我知道他的来历:是贾霸把他派来让他速速带我回去的。好吧,他可能底子上也未必是个十恶不赦的人。他不会开枪的,我知道他不会。但是你要知道,我也得备好我的枪,以防万一……”

“什么?!难道他想杀了我吗?没打中?好,葛瑞多,我要开枪了。开一次枪也许对付不了你这样的人渣,所以我得再来一枪,砰,怎么回事?”

没有人知道究竟发生了什么,当然除了楚巴卡。

他什么都知道的。