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科學娛樂向,銀河護衛隊2裡面的數學

星爵Peter Jason Quill可能是整個漫威電影宇宙裡面最不像英雄的一位英雄, 不過這並不妨礙銀河護衛隊成為一部還不錯的電影。 而第二部的星爵的義父的犧牲, 也讓這部成為了目前為止漫威電影宇宙裡面最大的催淚彈。

不過看電影的自然除了有小編這種啥都不懂的小白以外, 也成功的吸引了昆士蘭科技大學副教授ichael Milford。 作為一個嚴謹的科學家, 我們的副教授決定從科學的角度解析一下《銀河護衛隊2》的數學元素。

好吧, 我們的副教授ichael Milford和柳田理科雄(香蕉漂還記得嗎?)應該有的一拼, 因為除了科學解說銀河護衛隊2以外,

他還通過科學角度分析過異形裝玻璃到底需要多少力量、加勒比海盜斷頭臺的轉速是否能讓傑克船長活下來什麼的。

本文涉及一小部分劇透, 如果你還沒有看過這部電影的話, 其實也沒有影響……

主角的運氣一般都很好

逃離小行星帶這種場景, 在科幻電影中應該並不算少見。

但是穿越這種量子小行星帶, 著實難度不小。 由於量子小行星帶中, 小行星會隨機出現或者消失, 所以穿越的過程中除了擁有出色的駕駛技巧以外, 還需要充足的運氣成分。

所以安全穿越量子小行星帶的可能性到底有多少呢?

由於電影中的小行星帶看起來大部分是空著的。 所以我們假設小行星帶中每秒來個天降正義的概率是百分之一。

如果穿越小行星帶需要3分鐘的話, 那麼就可以計算出概率:

成功穿越的概率 =(每秒的生存概率)持續的秒數

=(1 -被破壞的概率)持續的秒數

=(1-0.01)180

= 16.38%

將近六分之一的生存概率, 還是非常不錯的。

不過根據電影, 數百架飛船追擊我們的主角依然全軍覆沒來看。

我們假設有100架飛船中, 僅有主角的飛船的成功穿越來計算每秒生存率:

每秒生存率 =(總生存概率)(1/持續的秒數)

=(0.01)(1/180)

= 97.47%

這表示遇到小行星的概率風險還是非常高的, 每秒有2.53%的概率撞上。

好吧, 其實我們不能忘記算一點, 就是主角的存活概率一向是100%的。 所以以上的結果, 準確來說是那些炮灰的生存率。

炮灰表示:

手榴彈蹦蹦床

而火箭的創造力也是貢獻了不少的笑點。 比如在森林內用電磁或者電場地雷, 將掠奪者的人炸上天(用這招上樓不錯)。

可憐這些“壞人”被炸飛了近30米的高度, 當個壞人不容易啊!

不過需要把他們炸飛高達將近30米, 我們可以計算出地雷爆炸的速度:

2 × 重力 × 高度 = 最終速度2 – 初始速度2

由於在最高點時的速度為0, 所以可以得到:

2 ×(-9.81)×30 = 0 – 初始速度2

初始速度 = 24.26m/s

也就是說把壞人炸到30米, 至少能夠推動壞人初始速度超過24m/s。

和傳統的爆炸相比, 這個爆炸本身的速度還是慢了點的。 畢竟一般的爆炸傳播速度可以達到音速, 不過那就不一定能夠衝擊物體達到音速了。

啥, 你問我這個爆炸本身的威力有多少?

星際旅行, 到處約炮

這就是我們主角的父親——伊戈。 花費了好多年拜訪星系中的很多, 甚至全部的行星。 然後約炮……幸好這個缺點沒有遺傳給我們的主角。

不過訪問這麼多行星可不是一件容易的事情。

根據《天體物理學》雜誌的最新研究結果,整個銀河系大約有1000億個行星。

為了能夠計算出拜訪全部的行星需要多少時間,我們先要解決旅行推銷員問題(英語:Travelling salesman problem, TSP)。

引用:旅行商問題(TravelingSalesmanProblem,TSP)是一個經典的組合優化問題。經典的TSP可以描述為:一個商品推銷員要去若干個城市推銷商品,該推銷員從一個城市出發,需要經過所有城市後,回到出發地。應如何選擇行進路線,以使總的行程最短。

不過伊戈每隔段時間就會回到自己的星球。我們不妨假設伊戈每次只訪問一個行星,就返回自己的星球。這樣小編就可以偷懶了……

首選我們要知道銀河系的尺寸,依然是《天體物理學》雜誌的資料,大概是10萬到18萬光年。好,我們假設銀河系是一個半徑為7萬光年的圓。

我們繼續偷懶一下,簡化問題。假設伊戈的行星處在最合適的位置,銀河系的圓心上。

那麼我們可以得到,伊戈需要至少1000億次的往返才可以。

而恒星和行星一般在星系的中心的最密集,然後向外逐漸稀疏變少。粗略的估計的話,從伊戈自己的星球達到其他行星的平均距離是銀河系直徑四分之一,大概3.5萬光年。所以一個往返就是7萬光年。

簡單的計算一下:

總共的旅行路程 = 7萬光年 × 1000億 = 7,000,000,000,000,000年

簡單來說,如果伊戈以光速前進,那麼訪問全部的行星至少需要7萬億年。而目前估算宇宙只有140億歲左右。

好吧,既然按照光速不行,伊戈或許還有別的辦法,比如蟲洞旅行,星際遷躍什麼的。不過這些……

勇度的箭

我們主角義父的武器,通過吹口哨控制的致命飛箭。可能是整個漫威宇宙電影裡面最有趣和獨特的武器。

而有一個場景,就是勇度用箭,擊殺了整艘飛船的壞人。

我們暫時不清楚箭的時速。但是我們可以繼續偷懶,暫定速度快于普通的汽車,但是慢於飛機。按照傳統的弓箭速度275km/h來計算。

由於整艘飛船我們也有沒有其他的資料,所以暫定有幾千米長的走廊和數十個分散的房間。

所以,勇度想要清場所需要時間:

清場時間 = 距離 ÷ 速度 = 2km ÷ 375km/h = 26.3秒

根據電影的鏡頭來看,還是蠻合理的。

好吧,畢竟電影並不可能真的考慮如此之多的細節。只要讓觀眾覺得合理就足夠的,不然牛頓的棺材板有多少層也不夠用,對吧。

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不過訪問這麼多行星可不是一件容易的事情。

根據《天體物理學》雜誌的最新研究結果,整個銀河系大約有1000億個行星。

為了能夠計算出拜訪全部的行星需要多少時間,我們先要解決旅行推銷員問題(英語:Travelling salesman problem, TSP)。

引用:旅行商問題(TravelingSalesmanProblem,TSP)是一個經典的組合優化問題。經典的TSP可以描述為:一個商品推銷員要去若干個城市推銷商品,該推銷員從一個城市出發,需要經過所有城市後,回到出發地。應如何選擇行進路線,以使總的行程最短。

不過伊戈每隔段時間就會回到自己的星球。我們不妨假設伊戈每次只訪問一個行星,就返回自己的星球。這樣小編就可以偷懶了……

首選我們要知道銀河系的尺寸,依然是《天體物理學》雜誌的資料,大概是10萬到18萬光年。好,我們假設銀河系是一個半徑為7萬光年的圓。

我們繼續偷懶一下,簡化問題。假設伊戈的行星處在最合適的位置,銀河系的圓心上。

那麼我們可以得到,伊戈需要至少1000億次的往返才可以。

而恒星和行星一般在星系的中心的最密集,然後向外逐漸稀疏變少。粗略的估計的話,從伊戈自己的星球達到其他行星的平均距離是銀河系直徑四分之一,大概3.5萬光年。所以一個往返就是7萬光年。

簡單的計算一下:

總共的旅行路程 = 7萬光年 × 1000億 = 7,000,000,000,000,000年

簡單來說,如果伊戈以光速前進,那麼訪問全部的行星至少需要7萬億年。而目前估算宇宙只有140億歲左右。

好吧,既然按照光速不行,伊戈或許還有別的辦法,比如蟲洞旅行,星際遷躍什麼的。不過這些……

勇度的箭

我們主角義父的武器,通過吹口哨控制的致命飛箭。可能是整個漫威宇宙電影裡面最有趣和獨特的武器。

而有一個場景,就是勇度用箭,擊殺了整艘飛船的壞人。

我們暫時不清楚箭的時速。但是我們可以繼續偷懶,暫定速度快于普通的汽車,但是慢於飛機。按照傳統的弓箭速度275km/h來計算。

由於整艘飛船我們也有沒有其他的資料,所以暫定有幾千米長的走廊和數十個分散的房間。

所以,勇度想要清場所需要時間:

清場時間 = 距離 ÷ 速度 = 2km ÷ 375km/h = 26.3秒

根據電影的鏡頭來看,還是蠻合理的。

好吧,畢竟電影並不可能真的考慮如此之多的細節。只要讓觀眾覺得合理就足夠的,不然牛頓的棺材板有多少層也不夠用,對吧。

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