灭霸力气有多大?科学家这样看漫威

来源:新浪科技发布时间:2018-05-31

蜘蛛侠竟然亲手杀死过自己的女友?

灭霸力气有多大?科学家这样看漫威

你对漫威中的科学了解多少?打住,这里问的并不是什么非洲科技大国瓦坎达,而是从漫画中发现的科学问题,例如能轻松捏碎宇宙魔方的灭霸,力气能有多大?

马萨诸塞州理工学院土木工程博士Steven W。 Cranford通过模拟宇宙魔方的强度,估算了灭霸的力量,并将结果发表到了Nature物理博客上。首先他认为宇宙魔方并不是普通的立方体,而是一种超立方体,也就是立方体的四维类似物。

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立方体中包含立方体

基于这个概念,Cranford通过建模软件开始尝试构建宇宙魔方,并使用了一种,目前仅理论上存在的世界最强材料‘碳炔’作为构建魔方的素材,据说它的强度是钻石的40倍。通过调整组合,他构建出了一个边缘稍微弯曲的超立方体,并称其‘超立方炔’。

虽然单个超立方炔在模拟测试中表现出的强度并不高,但把数十亿个它,像乐高积木一样连接在一起,它的强度就会飙升到科幻片的层次。以边长为6英寸的宇宙魔方为例,Cranford计算出想要捏碎由立方炔组成的它需要42000吨的力量,而普通人的握力才50公斤,这个概念相当于灭霸的握力比正常人大750000倍,进步一估算,灭霸最少可以举起50000吨的重量。

我们再‘夸张’的假设一下,钢铁侠的某套装甲可以提升其握力1000倍,那么钢铁侠的握力则是50吨,需要840套这样的战衣才能抗住灭霸的随手一握。所以你不得不承认,能接住灭霸一拳的美队,真的很史蒂夫·五五开。

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像Cranford这种科学家狂丸一般喜欢称他们为‘科技杠’。他们学识渊博,但尊重漫画原作,而且特别喜欢用自己的所学将科技与艺术进行融合,总结出让你瞠目结舌的理论。这其中的佼佼者,还有一位名叫James Kakalios的物理学家。

James目前是尼苏达大学物理学教授,去年又被授予了英国林肯大学荣誉科学博士学位,专攻非晶半导体,喜欢用科学解读美漫。他刷新了狂丸对超级英雄的认识,从他的《魔鬼物理学》中,狂丸学会了一种粗略计算钢铁侠战衣实际重量的方式。

以1963年时出版的战衣为例。首先要估算出钢铁侠战衣的表面积,James的计算思维很简单,把钢铁侠本人看成一个圆柱体,而他的四肢和头看做四个小圆柱体。那么身高6英尺,衣服为50码的史塔克,战衣的总表面积就是26200平方厘米。

然后目测钢铁侠的战衣厚度为8分之一英寸,也就是0.3175厘米,而盔甲的面积需要乘一下厚度,就能得出一个大致的体积:8400立方厘米。剩下来只要知道材质与其密度,重量就能估算的八九不离十,例如铁材料的战衣重:67千克,钛合金材料会轻一些,大约:37千克。

关于漫威设定中,最大的悬案之一还有:‘蚁人的力气,在变小后是怎么保持和正常人类一样的’,James利用物理学也找到了答案。

他首先确定了一点:那就是蚁人的密度始终没变,这也就意味着质量一定是随着身体一起缩小的。例如在《惊异故事》第37期中,蚁人因为质量小而被吸入吸尘器,另外他还能乘骑老鼠。

但问题是,他是怎么拥有成年人的力量,并打破了吸尘袋逃出生天的。这就相当于个能一拳打翻成年人的超级英雄,却会有可能被一辆玩具车撞死,很不合理。

James从人力的来源开始分析。首先力量来源自肌肉与骨骼一起组成的杠杆结构,例如前臂、肘部、肱二头肌三人组。

所以从肌肉比例上就不难分析蚁人变小后到底拥有多大的力量。以普通人类为准,如果他的缩小到人体的1%,那么他的肌肉产生的力量就要缩减为原来的0.0001。那么正常人来说一拳能打出200磅的拳力,蚁人的一拳也就0.02磅。

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但问题是,挥动拳头与扔东西不同,如果要观察伤害输出,那么还要考虑拳头的横截面带来的压强。

这样一计算就明朗了。蚁人的拳头要比正常人小很多,假设手部约为1毫米宽,那么横截面只有0.0005平方英寸,他出拳时产生的‘单位面积受力’,是两者相除,即为每平方英寸40磅力,这显然能够帮助它脱困。

有趣的是,我们可以对比一下,结合前文所说,正常一拳的力量是200磅力,同时正常拳头的横截面是5平方英寸,那么结果每平方英寸所受的压力也是40磅。换言之,在这一拳上,虽然力量变小了,但蚂蚁大小的蚁人确实挥出了与正常人大小不相上下的效果。

而James最常讨论的超级英雄是蜘蛛侠,因为蛛丝的使用与物理学有着紧密关联。例如他在楼宇间荡来荡去,蛛丝真的不会断么?

James Kakalios的切入点是两方面:蛛丝的承重,与蛛丝能够承受多少力。通过蜘蛛侠的一贯走位风格不难看出,蛛丝在蜘蛛侠的走位过程中受到了两种力,自身体体重产生的拉力,与漂移改变自身方向产生的向心力。

于是假设蜘蛛侠常用的蛛丝长度为200英尺,摆荡耳朵速度50英里/小时,体重大约是73千克,根据向心力加速度公式a=v²/R ,James计算出拉住身体需要160磅力,而为了让直线运动轨迹变成圆周运动轨迹,蛛丝还需要额外提供135磅力的力,因此总计约为300磅的力。

所以蛛丝抗的住么?如果是纯粹的蛛丝,那绝对没有问题。正常的蛛丝能够承受每平方厘米20000磅力的压强,换句话说,蜘蛛侠喷出的蛛丝只要截面超过1厘米,就能承受10吨的重量,而以蜘蛛侠的出货量来看提起600磅都没问题。

甚至‘由蛛丝编成的绳子只需要有铅笔那么粗,就可以阻止战斗机在航母上降落’。所以说蜘蛛丝缝合游轮、拦截高铁这些场面看着很科幻,其实也是遵循基本法的。

另外James最得意的推理是关于‘漫威史上最大冤案之一’的计算,那就是蜘蛛侠竟然亲手杀死过自己的女友,然后反派竟然替主角背了近30年的黑锅。这段故事发生在《神奇蜘蛛侠》第121期,绿魔绑架了蜘蛛侠的女友格温·斯黛西,把她带到了乔治华盛顿大桥的顶端,然后一不小心推了下去。

关键时刻蜘蛛侠射了一滩蛛丝,接着「咔嚓」一声,帮助斯黛茜停止了坠落。

谁成想,温格还是死了。而对于如何死的,很多读者都有不同解读,漫画中绿魔强行背锅,对蜘蛛侠说‘从那么高的地方摔下去,不管是谁都死定了,根本不用撞击到地面’。

在James看来显然不是这么回事,真正导致死亡的根本不是坠落,而是骤停。首先要了解一个关键问题:蜘蛛侠射出的蛛丝拉住温格时承受了多大的力?

要知道,这个力越大,温格在空中减速所花费的时间也就越少,也就是急停刹车越快。当然这个力越大越危险,就像安全气囊很柔软,但瞬间的弹射力依然能够把人击晕。根据这个关系,这个力其实包含在温格停顿瞬间产生的‘冲量’里,也就是力对时间的积累效应,用公式表达为F*t=m*(v2-v1)。这里F就是我们所求的力,t是减速所花费的时间,m则是妹子的体重,v2-v1则代表速度的变化,也就是:

接下来直接计算就好。首先比较难确定的是‘速度的变化量’,据漫画视角,温格被拉住的位置大概是距离桥顶300英尺左右的地方,根据重力与掉落距离计算下来坠落速度是95英里/小时。那么速度的变化量就是:95英里/小时-0英里/小时=95英里/小时。

接着假设妹子体重110磅,也就是50千克,蜘蛛丝让其静止的时间是0.5秒,所产生的力就是970磅,也就是用了温格体重10倍的力,才让她停止坠落。相当于什么概念呢?那就是蜘蛛侠射出蛛丝拉住温格的效果与让她直接pia唧一声摔到水面基本上没区别。换句话说,温格就像大多数落水者一样,在被蛛丝的力量拯救时,咔嚓一下‘摔断了’脖子。

蜘蛛侠在之后的故事中也改变了自己的救人方式。《蜘蛛侠:极限》第2期中同样是坠楼,蜘蛛侠的做法是和他保持相同速度达到相对静止,然后抱住,自己再用蛛丝位移。

有趣的是James Kakalios把这套一本正经的理论发给了杂志社,2年后在2002年的《彼得帕克:蜘蛛侠》第45期中的一故事中,绿魔成功利用这个物理知识‘为自己伸冤’,在漫画中把锅扣回给了蜘蛛侠,并折磨其内心。狂丸看完都想起立鼓掌了,学霸用科学理论忽悠人真是的一套一套的。

很多人觉得用现代科学去理解一个充斥着魔法、科幻、异能的漫画世界,归根结底是一种很奇葩的行为,例如没什么科学能解释奇异博士这一茬。但James对此却不以为然。在他看来,这是一种很好的思维锻炼方式与科普机会,作为一个忠实的漫画粉丝,他从来都不会停止对漫画设定上的理性思考,而这种思考将让更多人有所启发。

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虽然用魔法但一直在画数学分形的奇异博士

事实也确实如此,教授的分析令狂丸深有感触,不由也冒出一个疑问:讲道理,从生物学角度来看,蜘蛛侠喷射蛛丝的部位,是屁股啊。


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