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见闻杂记

科学视角看银河护卫队2

红色童话 发表于 2017-4-27 20:48:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
星爵Peter Quill一帮子人再次现身出演银河护卫队2。
这是近年来我(原作者昆士兰科技大学副教授Michael Milford)最喜欢的欢乐电影之一,包含了各种搞笑的人物角色,以及比2014年的第一部还要壮观的星际景象。
随着超鸡棒的音乐“Awesome Mixtape#2”,Quill(Chris Pratt扮演)的神秘身世徐徐揭开,并结识了诸多新角色。曾经的敌人变为盟友,并且漫画迷还能发现额外的惊喜。
但影片中的科学现象是怎样的原理呢?我将会对此进行一定的娱乐向解析,涉及部分剧透,请勇敢地继续阅读。
数学错误作为搞笑元素
电影利用某些数学错误进行搞笑实在是好玩。
电影中某些反派角色并不怎么聪明,其中一个令人印象深刻的场景就是在争论丰厚的现金奖励时,他们搞错了一些基础数学——基本的分数和百分数。
其他电影和电视节目中也会利用数学不好这一点作为搞笑元素,William Shatner在星际迷航中挖苦数学就是一个例子。
上述只不过是十分简单的数学错误,影片中还有其他数学和科学。
逃离量子小行星带
影片中诸多星际飞船追逐战中,有一次飞船需要穿过量子小行星带。
1.gif
小行星到处闪现。Credit: 123RF/TOM DE SPIEGELAERE/MICHAEL MILFORD
在量子小行星带中,在你穿越过程中,小行星会随机出现或者消失,因此十分危险(是传统的可以看到所有小行星的小行星带的变种)。
所以飞船穿过量子小行星带的可能性怎样呢?
小行星带看起来大部分都是空的。所以不妨假设飞船在小行星带中每秒突然遇到小行星来个天降正义的几率是百分之一。
如果飞船需要3分钟才能穿过这种地带的话,那就能计算成功穿过的概率了:
成功穿过的概率=(每秒的存活概率)^秒数
=(1-被破坏的概率)^秒数
=(1-0.01)^180
=16.38%。
这已经算是一个不错的概率了,差不多是六分之一了。不过看影片,并没有很多飞船成功穿过这一地带(当然除了我们的主角)。
如果我们知道有多少飞船穿过了这一地带,我们也能反向推算出每秒的生存率。假设100个飞船中只有主角那1架飞船成功穿过,那么每秒的生存率为:
每秒生存率=(总共存活率)^(1/秒数)
=(总共存活率)^(1/180)
=(0.01)^(1/180)
=0.9747。
这表明遇到小行星的风险更高——每秒2.53%的几率被小行星摧毁。
手榴弹炸高高
火箭浣熊(Bradley Cooper配音)在此片中也打爆了不少混球。
其中一项独特的武器是某种电场地雷,可以把外星人炸上天。
2.gif
炸飞外星人。Credit: 123RF/BEATA KRAUS, CHASTITY/MICHAEL MILFORD
要把外星人炸到跟30米高的松树一样的空中,我们可以计算出爆炸的速度:
2*g*高度变化h=末速度^2-初速度^2,
在最高点的末速度为0,因此:
2*-9.81*30=0-初速度^2
初速度=24.26m/s。
因此要把外星人炸到树一样高,地雷推动他们达到的初速度应为约24m/s。
与典型的传统爆炸相比,这其实是一个非常低的爆炸速度,一般爆炸的传播速度能达到音速(虽然被爆炸冲击到的物体不一定能达到音速)。
访问每一个行星
其中一个角色有个很酷炫的名字叫Ego(Kurt Russell扮演),花费了好多年拜访了星系中很多甚至是全部行星。
3.gif
访问每个行星。Credit: 123RF/VIKTAR MALYSHCHYTS, VADIM SADOVSKI/MICHAEL MILFORD
可以想象,这并不是一件容易的活。
据最新的研究,银河系中可能大约有1000亿行星。
为了计算出拜访所有行星需要花费多少时间,必须首先解决著名的旅行商问题。旅行商问题是指计算出遍历多个地点的最快路径。
但幸运的是,在该问题中影片中的角色会定期回到自己的基地。因此,假设每次离开基地只访问一个星球,就能稍微简化一下计算了。
我们还需要知道银河系有多大。最好的估计是直径10万到18万光年。因此我们可以假设银河系是一个直径14万光年的圆形。
将问题进一步简化,假设基地是位于银河系的中心这一最佳位置。
那么旅行者就需要进行1000亿次往返旅行。
恒星以及伴生行星通常在星系中心分布的最为密集,越靠近外围越稀疏。我们可以做一个粗略的估计,从基地到行星的平均距离是四分之一个银河系直径,即35000光年,所以往返就是7万光年,那么总共的旅行路程就是:
总共旅行路程=70000光年*100,000,000,000个行星
=7,000,000,000,000,000光年。
也就是7*10^15光年。据估计宇宙的年龄大约是140亿年,因此绝不可能每个星球都访问一遍。
如果进行进一步的计算的话,会发现即使一趟下来访问所有的行星所花费的时间也会比宇宙的年龄还长。
所以,即使光速旅行,Ego所谓的访问全部行星也是不大可能的。(那么,虫洞旅行呢)
勇度大展身手
Yondu Udonta(Michael Rooker扮演)是一个很难界定其道德的盗猎者,领导了一群流亡雇佣兵。在原先的守卫者电影中他诱拐了幼年时期的Peter,并将他抚养成人,两人关系复杂。
勇度拥有近代电影史上最独特的武器之一,通过吹哨子控制的致命飞箭。在第一部电影中据此大展身手,并在第二部中继续他的表演。

飞箭射杀敌人。Credit: 123RF/MIK38, CHASTITY/MICHAEL MILFORD
在电影中的一个情形中,他解决掉了一整船的坏家伙。尚不清楚勇度的箭能飞得多快,但我们可以假设快于汽车慢于飞机,比如传统的弓箭的275km/h。
一艘大型飞船可能有几千米长的走廊和众多分散的房间,所以清场需要的时间为:
清场时间=距离/速度=2km/275kmh=26.3s。
大部分有勇度的打斗场景都不会超过几秒钟,所以这看起来蛮合理的。
结论
银河护卫队2很搞笑。向编写数学错误笑话以及其他科学和数学内容的编剧和导演脱帽致敬。
影片中部分场景在数学上是可能发生的,但至少其中某一个比较难。
不过不管怎么说,电影就是为了博君一乐,而银河护卫队2已经做得很好了。

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