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此文章為我的泛科專欄《動漫物理學》文章，原文於 2017 年 11 月 29 日刊於泛科學。 冨樫義博的作品《獵人（Hunter x Hunter）》可謂漫畫界的神作，如果不是長期休刊的話其成就定不止於此。我由中學開始到現在博士都畢業兩年了，獵人還在無盡的連載／休刊循環之中。看來以後可以研究一下，究竟宇宙的熱寂死亡還是獵人結局會首先發生？ 不過現在我們還是專注在比較狹窄的物理題目之上吧：之前提過神奇寶貝球是恐怖的虐待動物道具(?)，不過小精靈之中有一隻例外能夠避免被收進寶貝球之中，就是會放電的皮卡丘。而獵人主角之一的奇犽是變化系的念能力者，能夠把念變成電，可說是人類版本的皮卡丘啊。 一千隻皮卡丘還是一次閃電比較厲害？ 皮卡丘的絕招是「10 萬伏特電擊」和「落雷」，兩者都是積蓄電量達到某程度然後一次過遠距離放電攻擊的招式，落雷看起來就是跳到高空然後向地面放出 10 萬伏特電擊，與一般閃電類似。 在地球上，一般比較強的閃電約有 1 億伏特（108 V）的雲與地面的電勢差（即電壓），是 10 萬伏特（105 V）的 1,000 倍，原來皮卡丘還是比不上大自然呢。順帶一提，不要以為只要有 1,000 隻皮卡丘同時使出 10 萬伏特電擊就夠 1 億伏特啊！電壓指的是兩點之間的電勢差距，如果 1 隻皮卡丘與你的電勢差是 10 萬伏特，1,000 隻皮卡丘與你的電勢差也各自是 10 萬伏特。（問：煮 1 隻蛋要 5 分鐘，煮 10 隻蛋要幾分鐘？） 由於功率 = 電壓 x 電流，我們必須知道皮卡丘放出的電流。現實之中，1 條電鰻能夠持續 2 毫秒放出 1 安培的電流。然而電鰻只有約 860…… Continue reading 奇犽 X 落雷 X 皮卡丘：誰比較會放電？

此文章為我的泛科專欄《動漫物理學》文章，原文於 2017 年 10 月 26 日刊於泛科學。 上回我們討論了虐待寶可夢的寶貝球，這次就暫且先不用打電話報案，我們來討論一下把動物縮小的物理學吧。 除了寶貝球這種殘忍的道具之外，哆啦 A 夢就顯得溫柔許多，他有兩個比較溫和的道具能夠把物件縮小，分別是縮小燈和縮小隧道。任何物件只要穿過縮小隧道都會變小，而被縮小燈照到的任何東西除了會被變小也能被變大，是比縮小隧道方便得多的法寶。 許多模型並非物件縮小版本 很多模型都只能夠觀賞，缺乏實際功能。即使火車模型能夠在模型路軌上行駛，其各部件的運作方式亦與真實火車不同。再者，製造模型的物料亦不會跟實物相同。 所以，其實我們平常在模型店買得到的模型，絕大部分都不是「物件的縮小版本」，而是「以某比例表現物件外觀的製品」。當然，這認知絲毫沒有減低我購買鋼彈模型的意欲。 很明顯地，這些能夠縮小物件甚至生物的道具，並不會把物質的組合成份改變，否則生物就活不了。如果縮小後物體的構成不改變的話，有兩個可能性。第一個可能是所有粒子都縮小了。這可能嗎？ 縮小粒子意味改變物理定律？ 物理學家發現，宇宙間的粒子存在著規律。他們發現除了構成所有化學元素的原子之外，還存在著非常多種粒子。起初，物理學家非常興奮，可是隨著更多新粒子不斷被發現，他們就面對了一個難題：為什麼會有這麼多種有著不同性質的粒子？ 不過，當理論粒子物理學家結合量子力學和群論（group theory），一種研究數學「物件」的集合間的規律的數學分支，就發現原來存在於宇宙中的一切粒子都遵守著同一個規律。他們叫這規律做物質的標準模型（standard model）。 原來，根據標準模型，所有粒子都是「點」，即是沒有大小的！那為何物質會有著非零的尺寸？答案就在粒子之間的力。 宇宙間的四種力，由強到弱分別為強核力、電磁力、弱核力、重力。四種力不單有著不同的大小，其影響範圍都不盡相同。因此，兩個粒子只有在某距離之內，才會感受到顯著的力。這個範圍就可說是該粒子的尺寸。亦因此，「尺寸」其實並非粒子的基本性質，而且以各種力所定義的尺寸都會有所不同。 因此，如果要改變構成宇宙萬物的基本粒子的大小，就必須先把這個宇宙的物理定律全部改寫。同理，亦不可能在不改變物理定律的情況下把粒子放大。縮小燈和縮小隧道只會縮小特定物件，看來並沒有改變物理定律吧？ 能把人縮小的都是極危險道具？ 所以，我只能假設這些道理實際上是以第二個可能性：減少物件的構成粒子數量來實現縮小吧。所以我們可以問，構成一個物件的原子數量有下限嗎？ 答案是肯定的，一個原子就只能是一個原子，我們不可能只用一個原子就組合成各種東西吧。不過，現代科技的確發展到能把某些工具縮小至非常小的尺寸。早期提出這個構想的其中一位科學家，就是著名物理學家理查．費曼（Richard Feynman）。 當年，費曼曾經提供獎金給造出微型馬達的人，條件是該馬達能夠在顯微鏡下正常運轉。出乎他意料之外，很快就有人成功拿走獎金。今天，科學家和工程師們已經造出比人體細胞更小的電動馬達，能夠以壓電效應產生電力。科學家希望在不久的將來，這種馬達能夠幫助醫生把藥物準確地運送到特定細胞裡。 不過，微型馬達與一般馬達的構造完全不同。說到如何能夠以最少數量的原子製造出同一構造的物件的微縮版本，很大程度取決於該物件的複雜性。明顯地，一台汽車引擎比一本書更為複雜，所以我們可以合理地想像，同樣構造的一本書能夠比同樣構造的一台引擎縮得更小。 那麼，人體又如何？生命有著非常複雜的構造，特別是我們的眼睛和腦袋。其中腦袋的神經元更多達千億，它們之間可能的連接方式數量比宇宙中的粒子數量更多。所以，如果把人以減少粒子的方法慢慢縮小，我想不用縮得太小，腦功能早就完蛋了。 這些道具輕則能把人變傻，重則能使人完全喪失腦功能，嚴重危害健康，各位務必放在孩童不能觸及之處啊。 而即將在 2018 年上映的電影《縮小人生》的概念與哆啦 A 夢的縮小燈和縮小隧道非常相似，不過就這樣看預告片段，會發現一件有趣的事情：縮小了的人類除了身體縮小了外，其他一切生活都顯得非常正常，感受到的物理定律沒有絲毫改變！這是可能的嗎？例如，會不會只是一點點風就像刮超級颱風？縮小後還能如常喝水喝伏特卡嗎？敬請期待我明年將為泛科學寫的《縮小人生》電影物理解構！

此文章為我的泛科專欄《動漫物理學》文章，原文於 2017 年 9 月 20 日刊於泛科學。 每個人的夢想都是有一天，有位教授會叫你不要讀書了，去環遊世界、捉些叫做神奇寶貝（編按：今年起大家較熟悉的稱呼為精靈寶可夢，不過「神奇寶貝」果然是一個時代的共同回憶啊）的小動物、然後成為最厲害的神奇寶貝訓練員吧！這些神奇寶貝會放電、放火、噴水、催眠，更懂得聽人類說話。我們會把牠們放在一個手掌般大小的金屬球中，牠們長期不見天日，唯有當我們把金屬球扔出去開打的時候，牠們才能出來透透氣。請問防止虐待動物協會電話幾號啊？ 讓我們來看看神奇寶貝訓練員是如何虐待動物（誤）的吧。 寶貝球是愛斯基摩冰屋？ 由於寶貝球是球狀的，我們可以先假設內裡的空間也是球狀的。一個球狀的起居室似乎會很不方便，所有東西如果沒有釘在牆上，就會向下半球的底部中間滑落，而且在球內的神奇寶貝別說自由活動了，根本連移動都有困難啊。不好意思，可以幫我拿吊在天花板上的可樂嗎？ 如果想把寶貝球裡的「地板」弄成平坦的，而且想要得到最大實用面積的話，就必須把寶貝球分成上下兩等份。咦，那不就可以一個寶貝球住兩隻神奇寶貝嗎？神奇寶貝的起居室就像個博物館天象廳，用來觀看 360 度天幕電影相當不錯！ 如果寶貝球是個直徑約 10 公分的球體，起居室的直徑就有 10 公分、高 5 公分。然而，神奇寶貝的體型有的小如老鼠、有的卻大如巨龍。想要神奇寶貝在寶貝球裡住得舒適，就必須以不同的縮小率去縮小牠們。假設把所有神奇寶貝一律縮至約 3 公分高，只要能夠忍受有個球狀的天花板的話，寶貝球就好像一間 102 平方公尺的愛斯基摩冰屋了，好大啊！我也可以搬進寶貝球嗎？ 寶貝球內的雲霄飛車 等等！如果寶貝球是放在大木博士的研究所還好，但如果是放在各位神奇寶貝訓練員身上，跟著他們跑來跑去的話，寶貝球似乎就沒有那麼好住了。一個人走路時，身體會有上下、左右擺動和扭動。對我們來說，這些振盪能夠勢助我們平衡身體。 例如，當我們踏出右腳的時候，我們就要向前擺動左手來減少身體的扭動。這同時也幫助我們節省能量，因為身體減少扭動就代表不用太使力，所以作的功就能夠減至最少。 不過，踏步時也少不免會造成身體重心「輕微」的上下振動。除非在跑步，這種振盪一般不會超過幾公分。可是，對於人體來說「輕微」的幾公分振盪，對於住在寶貝球內的好朋友就一點都不「輕微」了。住在寶貝球裡的神奇寶貝被縮小至約 3 公分高，那麼就算只有 1 公分振幅的振盪，就好比騎馬時那隻馬不停地邊跑邊跳、又或者是在做高速雲霄飛車一樣的感覺吧？ 愛因斯坦的寶貝球 再考者，把寶貝球扔出去的時候，應該就像是整間房子被龍捲風捲起的感覺吧。在寶貝球離開神奇寶貝訓練員的手瞬間，就是個自由落體了。根據愛因斯坦的廣義相對論，自由落體𣎴會感受到自己的重量。換句話說，神奇寶貝、寶貝球裡的所有東西、連同寶貝球本身都以同樣的加速度下降。 我們扔球的時候，通常都會令球在空中旋轉，這樣可以穩定球在空中的軌跡。如果寶貝球有旋轉的話，就可以造出一個向牆壁方向的離心力（注意離心力不是真正的力，造成離心力的原因只是因為慣性）。這就像在很多科幻電影中看到的太空船一樣，以自轉來產生人造重力（其中最經典莫過於 1968 年上映的《2001 太空漫遊》）。如果愛因斯坦是神奇寶貝訓練員的話，他那著名的自由落體電梯思想實驗，恐怕會變成自由落體寶貝球思想實驗吧？ 因此，當寶貝球被扔出去時，神奇寶貝首先會被衝上來的牆壁撞倒。然後，牠會因離心力而被貼在牆上，沿著一道拋物線的軌跡飛到敵人前面。 神奇寶貝訓練員的手放開，「去吧，噴火龍！」只看見躺在地上、頭破血流、一動不動的噴火龍，和旁邊一堆嘔吐物和血液混合而成的東西。 片尾音樂響起，加油啊，努力向著最強神奇寶貝訓練員的目標前進吧！