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電影中的科學

Rock Sun
・2021/04/08 ・71字 ・閱讀時間少於 1 分鐘

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

光劍打蚊子效果卓越,真心不騙!

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Rock Sun
56 篇文章 ・ 3 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者
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台灣不就長這麼大,周長卻無限大?看《重甲機神》解密台灣海岸線有多長|重甲科不科?02
PanSci
・2019/10/22 ・2833字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/施奇廷│東海大學應用物理系暨研究所 教授兼系主任

y編按:一日科宅,終生科宅。而身為終極科宅,只有科學家這個身份還不夠!當然要製作一部滿滿熱血的動畫啊!

而這麼科宅的計畫,泛科學怎能缺席!不只電影要看,更要讓我們一起來好好吐槽聊聊《重甲機神》裡的那些科學與不科學!XD

重甲科不科系列:

《重甲機神 Baryon》既然是台灣製造、以台灣為背景的作品,當然要有「台灣元素」!

雖然片中的瘋狂科學家司空弦博士整天穿著藍白拖跑來跑去,當然可以算是一種「台灣元素」,不過我們想表現的,是更深層的東西:

圖/作者提供

《重甲機神 Baryon》中最主要的台灣要素,是「海」。

臺灣海岸線到底有多長,內政部、水利署喬不攏?

台灣是個海島國家,周圍海域蘊含了豐富的漁業、礦產等海洋資源,海岸線更提供了天然的國防屏障。然而過去幾十年,由於台灣特殊的政治環境,「阿兵哥守海防」的形象深植人心,台灣人對海、以及海岸線總是有種隔閡感。

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你對海岸線的瞭解有多少呢?既然海岸線是條「線」,最基本的特性當然就是「長度」了。根據內政部營建署的資料,台灣本島的海岸線長度為 1,340,565 公尺,也就是 1340 公里多一點(如果把離島算進去,變成 1988 公里)。

海岸線對一個國家的重要性,可以用「海岸線與國土面積之比值」做一個簡單的估算。台灣本島的面積為 35873 平方公里,所以海岸線長度與國土面積之比值為為 0.0374(單位為公里分之一)。與之對照,世界強權美國,根據 CIA 的「The World Factbook」資料,海岸線長度為 19924 公里,國土面積為 9,161,923 平方公里,該比值為 0.00217,僅為台灣的 17 分之一,可見海岸線在台灣國土中所佔的地位是很高的。

美國「海岸線與國土面積之比值」僅為台灣的17 分之一,可見海岸線在台灣國土中所佔的地位是很高的。圖為《重甲機神 Baryon》中的台灣海岸線場景。圖/作者提供。

再仔細一看,CIA 資料中,台灣海岸線的長度是 1566 公里,咦?怎麼跟內政部的不一樣?多查點資料好了,結果水利署說是 1200 公里,加上外島是 1520 公里⋯⋯麻煩你們政府部門自己先統一一下好不好?

其實這種海岸線長度不統一的狀況,並不是因為政府無能,而是有深層的數學問題,也就是:海岸線的長度,理論上是量不出來的!

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臺灣不就長這麼大,周長卻無限大?

這個問題是這樣開始的,一直到二次世界大戰為止,歐洲說是全世界的火藥庫也不為過。為了研究歐洲人為什麼這麼喜歡戰來戰去,一位英國物理學家兼數學家兼氣象學家兼心理學家 Lewis Fry Richardson 提出一個假說:國界的長度與國家之間發生衝突的機率是有關的。

Lewis Fry Richardson 本人。圖/wikipedia

為了驗證這個假說,理組的 Richardson 開始收集相鄰國家之間邊境的長度以及發生軍事衝突的歷史紀錄。結果就跟我們剛剛談台灣的海岸線長度一樣,鄰國之間的邊境每個人量的都不一樣!

1967 年,碎形幾何的奠基者 Benoît B. Mandelbrot 發表了一篇論文「英國的海岸線有多長?」(How Long is the Coast of Britain?) 探討了這個問題。如果我們用一根很長的尺,比如說左圖,「尺」有兩百英里長,由於尺太長,就只能截長補短,想辦法盡量沿著海岸線把英國本島給圍起來,以這個例子來說,一共用了 12 根「尺」,得到英國的海岸線近似長度為 2400 英里。

量測英國海岸線有多長,分別用 12 根尺、長度 100 英里的尺和長度 50 英里的尺。圖/wikimedia commons

這當然是個誤差很大的結果,因為尺實在太長了!造成解析度很低。改善的方式就是把測量基準的尺變短,如中、右圖,越短的尺,圍出來的形狀越接近真實的形狀。中圖用長度 100 英里的尺,得到的海岸線是 2800 英里,長了一些,但是應該更準了一點,右圖用 50 英里的尺,得到的海岸線更長了,是 3400 英里。

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看起來尺越短,量出來的海岸線就越長,而且看起來不像有收斂的樣子欸(收斂:尺越用越短,量得的數字會趨近一個定值不再改變)。對了,根據英國官方資料,大不列顛島的海岸線長度是 11072.76 英里,比前幾個數字又大了幾倍,然後 CIA 的資料是 12429 公里或是 7725 英里,你搞得我好亂啊!

Mandelbrot 的結論是:是的,尺越用越小,量到的海岸線越來越長,而且會趨近於無窮大!等等,你在開玩笑吧,一個真實存在的英國大不列顛島,怎麼可能會有「周長無窮大」這種事?

原因就在「碎形」。下圖為碎形的一個例子,稱為「Koch Curve」,由一個邊長為一正三角形出發,每邊分成三等分,然後從中間那段「長」出一個正三角形,然後依此類推,可以無窮無盡的長下去。

Koch Curve:由正三角形出發,每邊分成三等分。從中間那段「長」出一個正三角形。依此類推,可以無窮無盡的長下去。圖/wikimedia commons

對於這個 Koch 雪花,你如果拿長度為一的尺來量它,你只能排成一個三角形,得到的周長是 3,如果你用長度是 1/3 的尺來量,就會排成右上方的圖形,周長為 4,如果你用長度 1/9 的尺來量,就會排出左下角的圖,周長為 5.33⋯⋯

寫成公式是這樣:

\( P_n= 3 \times \left ( \frac{4}{3} \right )^n \times s \)

其中 \( P_n \) 是圖形的周長(海岸線長度),\( s \) 是一開始的三角形邊長,\( n \) 是「第 \( n \) 把尺」(長度是\( \frac{1}{3^n} \))或是「第 \( n \) 階圖形」。

一開始的正三角形為 \( n=0 \) 之圖形,右上圖為 \( n=1 \) 。由這個公式可以看起來,當 \( n \) 趨近於無窮大,也就是用一把無窮短的尺來量海岸線的話,照理說應該量得絕對準確,可是卻會得到海岸線長度無窮大這個奇特的結果,因為海岸線的形狀具有碎形的特性!

當然,真實的海岸線是畢竟還由原子構成的,所以碎形的特性不可能一直持續到無窮小,不過當你用跟原子一樣大的尺去量台灣海岸線的長度的話,會量出一個令人驚訝的超級大的數字喔!

真實的海岸線是畢竟還由原子構成的,所以碎形的特性不可能一直持續到無窮小,不過當你用跟原子一樣大的尺去量,會得到超級大的數字喔!圖/作者提供

講了這麼多,台灣的海岸線到底有多長呢?

答案是「不知道,看你用來量的尺有多長!」

《重甲機神 Baryon》中,也出現了不少台灣海岸線的美景,不過,劇情中有用到台灣海岸線長度這個梗嗎?其實沒有,這純粹是參與編劇的物理老師們數理魂發作啦!也希望大家能更瞭解台灣以及台灣周邊的海洋喔!

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當你懂《重甲機神》角色名字的由來,你的物理也會跟著變好呢!|重甲科不科?01話
PanSci
・2019/10/16 ・2940字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 568 ・九年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/施奇廷│東海大學應用物理系暨研究所 教授兼系主任

y編按:一日科宅,終生科宅。而身為終極科宅,只有科學家這個身份還不夠!當然要製作一部滿滿熱血的動畫啊!

而這麼科宅的計畫,泛科學怎能缺席!不只電影要看,更要讓我們一起來好好吐槽聊聊《重甲機神》裡的那些科學與不科學!這次就讓我們來看看,身為科宅,到底該怎麼幫角色取名字吧(無誤)XD

source: FlyingV 平台

當《重甲機神 Baryon》的企劃決定了之後,馬上就要開始為故事裡面的角色、機械、地點取名字了⋯⋯實際上並不是這樣。

一開始討論劇情大綱的時候,都還是以「主角機」、「男主」、「女主」、「男二」、「博士」、「基地」⋯⋯這種普通名詞來進行,因為要為這麼多人事地物取名字真的是一件很傷腦筋的事情啊!所以大家第一個動作都是先逃避現實。

不過真的開始進行製作之後,就無法迴避了。首先當然是「片名=超級機器人的名字」啦!既然我們走的是像「無敵鐵金剛」的「超級系」,而不是像「鋼彈」的「寫實系」路線,講究的當然就是「威力與氣勢」了!

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而且因為是海洋及海底的故事,所以需要「厚重的裝甲」(耐壓殼)抵抗水壓;再來是「巨大機器人」這種意象,影射了「人依照自己的形象創造了機械神」,「人憑藉著科技的力量逆天行事」的意涵,所以是「有著厚重裝甲的機械之神」,因此「重甲機神」這個名字就浮現了!

當然啦,我們也不會否認是向「超獸機神」、「魔裝機神」這些名作致敬啦!

能「變形合體」是阿宅的終極夢想:Baryon 的命名由來

決定了中文名字之後,接下來就是英文了。「巨大機器人魂」發作完,當然就輪到「物理魂」爆發了,既然有「重」這個字,當然就是用「Baryon」(重子)囉!

物理學是研究「物質的基本組成」與「物質之間的交互作用」的科學,目前的物理學已經知道的基本粒子包括「夸克」、「輕子」、「規範玻色子」與「希格斯玻色子」這幾個種類。

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我們日常看到的各種物質,都是由原子組成的,原子又由電子(輕子的一種)以及質子、中子所構成的原子核組成,質子與中子都是有三個夸克透過「膠子」(一種規範玻色子)傳遞的強交互作用力「黏」在一起。

凡是由三個夸克結合而成的粒子都是「重子」。重子的質量比輕子大很多(看名字就知道),也就是說,我們目前看到的大部分的物質,質量幾乎都來自重子。

組成質子與中子的 up 跟 down 是第一代;第二代則是 charm 與 strange;第三代 bottom 與 top,它們一度被部分人稱為 beauty 跟 truth。圖/wikipedia

其實會用「Baryon」這個名字還有一個原因,「無敵鐵金剛」固然經典,但是講到超級機器人,能夠「變形合體」,才是阿宅們究極的夢想啊!所以重甲機神一開始的設定是「三機合體」的機器人,這三部合體前的機械就稱為「真夸克」(Truth)、「魅夸克」(Charm),以及「奇夸克」(Strange),分別由男、女主角以及第二男主角駕駛。

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目前夸克一共有六種,分成三代。組成質子與中子的 up 跟 down 是第一代;第二代則是 charm 與 strange;第三代 bottom 與 top,它們一度被部分人稱為 beauty 跟 truth,不過可能大部分的物理學家覺得這兩個名字太過浮誇,所以採用了比較平實的名字。

但是我們要用的話,當然要用浮誇版的「Truth」啦!至於女主角本來應該用相對於「Truth」,同一代的「Beauty」,不過比較起來「Charm」似乎在語感上更勝一籌,所以在懂得粒子物理的人眼中,採用「Charm」的女主角跟採用同屬第二代的「Strange」夸克的第二男主角反而被「送作堆」了。

考慮我們的觀眾群中,粒子物理專家應該不多(吧?),所以還是以「語感」作為命名的優先考量。

包辦陸、海、空:男女主角命名由來

然後三個主要角色的名字,以海為家,因劇情需要經常得怒吼的男主角就叫「雷鳴海」。

男主角雷鳴海。

身為偶像歌手,擁有天籟歌聲的女主角則是「苗天音」。

女主角苗天音。

第二男主角是個「出生於英國的前美國空軍飛行員」,加上要向「蓋特機器人」的「陸、海、空」三機合體致敬,所以就把「全世界試飛過最多飛機、在航空母艦起降最多次的世界紀錄保持人,英國傳奇飛行員 Eric Brown」加上英國的名門飛機製造商「Westland Aircraft」合起來,叫做「Eric Westland」好了!

第二男主角 Eric Westland。

附帶一提,Westland 出品最有名的是活躍於 1950 年代的泛用艦載攻擊機「Wyvern」(飛龍),這個代號也使用於押井守導演的名作「機動警察」電影版第二集中,「疑似叛變」的日本空軍 F-16J 戰鬥機,所以本片出現的 F-35 戰機,自然就是叫做「Wyvern」囉!

不過雖然機器人以及主角的名字想了這麼多,可是很不幸的,「三機合體」這個設定被取消了,因為這會讓作畫複雜度與製作成本大幅增加,只好忍痛放棄!

不只如此,一開始「由各種物理研究儀器拼裝而成的機器人」也因為機械設定與作畫的難度太高而做罷,改成探勘海底資源的作業機器人「重甲機兵」以及對抗侵略者的戰鬥用超級機器人「重甲機神」,不管哪一個,都是「一開始就是個機器人的機器人」!

再會了!我們的「物理儀器拼裝機器人」!

還好至少「重甲機神 Baryon」這個名字就這樣定下來了,三個主角也沒有特別要改名的理由,維持「陸海空」三人組。

創造重甲機神的博士:命名「司空」、「弦」來自「物理語感」

接著是兩位物理系老師的代言人,製造出重甲機神的瘋狂博士,取名為「司空弦」!「司空」字面上可以引申解釋成「掌管宇宙的物理定律」之意,「弦」則是影射目前試圖統一解釋所有物理現象的「弦論」(string theory),當然,本片中並沒有碰觸到任何跟弦論有關的物理學,純粹只是「語感」很物理!

另一方面,阿宅們大概也猜得到,是在向「無敵鐵金剛」中的「光子力研究所」所長「弓弦之助」致敬。

瘋狂博士司空弦。

最後是重甲機神的家,為人類開拓海洋新邊境的海底都市。決定這個海底基地的名字花的時間連一秒鐘都不到就達成共識,當然是叫「鸚鵡螺」啦!鸚鵡螺是存活在地球上已經數億年,有「活化石」之稱,是古生物學家與演化學家眼中的寶物。

因此,法國科幻小說先驅凡爾納,在他的經典名著「海底兩萬哩」中的超先進潛艇,就命名為「鸚鵡螺號」。之後美國海軍第一艘服役的核子潛艦,也以此命名。目前在太平洋巴布亞新幾內亞海域水面下 1600 公尺,執行人類第一個深海採礦計畫「Solwara 1」的公司,名字就叫做「鸚鵡螺礦業」……

海底都市「鸚鵡螺」的設計圖。

嫌老氣又誇張?這種文字的魔力中二中年才懂得

在創作的過程中,「命名」其實是一個相當奇妙的作業。「名字」只是一個代號,不管名字怎麼取,故事都不會改變,但是「語感」還是有可能會微妙的影響閱聽者看這個故事時的感受,這就是文字的魔力吧!

此外,趁著為角色命名時,可以任意加入自己的各種惡趣味與執念,也算是創作者的特權。至於本片陸續公開情報之後,不時有聽到這樣的抱怨:「雷鳴海、司空弦什麼的,也太老氣又誇張了吧!」由於創作者是幾個中二中年,想出來的名字會有這種感覺也是剛好而已,還請各位多多包涵啊!

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《重甲機神》的科學與不科學,堂堂登場!|重甲科不科?00話
PanSci
・2019/10/15 ・1938字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

TAAi 2020 25th 人工智慧研討會

  • 文/施奇廷│東海大學應用物理系暨研究所 教授兼系主任

y編按:一日科宅,終生科宅。而身為終極科宅,只有科學家這個身份還不夠!當然要製作一部滿滿熱血的動畫啊!

於是全世界第一部誕生於物理年會的動畫電影就在兩個有中二魂的物理學家 AIplus 和 ZERO ,以及可能邊吐槽「你們是認真的嗎?」但還是擔下《重甲機神》導演的 Jo-Jo 手下誕生了。《重甲機神》於2016年在 FlyingV 平台上募資,短短兩個月便有331人響應,募得超過1,200,000元,達標率高達221.8%,創下 FlyingV 動畫類募資的最高紀錄。

而這麼科宅的計畫,泛科學怎能缺席!不只電影要看,更要讓我們一起來好好吐槽聊聊《重甲機神》裡的那些科學與不科學!

企劃發想歷經 12 年,製作期間長達五年,大家期待已久的台灣第一部科幻動畫電影《重甲機神 Baryon.神降臨》,終於要在 11 月 8 日全國上映啦!

這是一部有兩位同時是「物理宅」又是「巨大機器人動畫宅」的物理學家直接參與故事原案與編劇,兩種宅力同時引爆的作品!

在此跟各位讀者們隆重介紹兩位宅力引爆的物理學家:東海大學物理系施奇廷教授(右)與中原大學物理系許經夌教授(左)XD source:東海大學

當然,從片名開始,作品裡面也因此有滿滿的科學梗。我們希望達到藉由搭「動漫娛樂作品」的便車來推廣科學,但是又不希望在故事裡面講一大堆科學的設定與知識,反而拖累了故事的進行。所以我們的作法是,在作品中是簡單提到或帶過,也許觀眾會聽到某些科學名詞卻不知道是什麼意思,沒關係,這並不會影響劇情的理解與觀影的樂趣。

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如果對這些「裡設定」的科學背景想要進一步理解的觀眾或讀者,可以到「泛科學」來,我們將在此推出一系列的文章,來探討這些「重甲機神的科學與不科學」!

從「販賣夢想」出發,重甲機神的現實與不現實

光是一部巨大機器人動畫作品號稱「科幻」,可能就要引來一堆吐槽了。

的確,「巨大機器人」這個主題要成立,科學的力量不可或缺,也可以有很多討論科學與技術的空間。但是就現實而言,在現代或近未來的地球,「建造巨大機器人」這件事,其實是花了大量資源製造了效用很低而且問題一堆的東西,現實上應該去造飛機戰車這種「正常武器」才對。

不過電影畢竟是「販賣夢想」的領域,所以就算「巨大機器人」這個主題是根本上的脫離現實,在動畫與電影的世界中,依然是可以成立的。

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就像在《海底總動員》這部電影中擔任科學顧問,任教於華盛頓大學的 Adam Summers 教授訪台演講的時候提到,《海底總動員》上映後,一堆他的同行專家都來抱怨設定有問題:比如說「雙髻鯊的眼睛位置不對」、「大白鯊 Bruce 沒有鰭足」(clasper,白話文是公鯊魚的……嗯,雞雞),還有更恐怖的,「小丑魚 Nemo 的媽媽死後,他的爸爸 Marlin 將會變性成雌性,然後與 Nemo 交配」……

如果劇情的科學要合理,媽媽死了的 Nemo 應該會和爸爸 Marlin 交配…… 圖/IMDb

不過面對這些生物學上的質疑,Summers 教授簡單回一句:

「Well, fishes DON’T talk. (好吧,魚是不會說話的)」

意思就是「魚會說話」這件事在科學上的嚴重性遠高於前面那些生物學上的考據。

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不過如果不讓魚說話,整個故事都不可能成立了,所以乾脆就以「輕鬆長知識」的態度,一方面可以做嚴謹的科學考據,發現錯誤就吐槽,有正確的部分可以讚賞,以這種方式看待娛樂作品中的科學,應該大家都能很開心吧!

我們的看法也是這樣,姑且先接受「巨大機器人」這個非現實的前提,然後再來談作品中的科學與不科學。在這個系列文章中,我們會跟大家分享在《重甲機神 Baryon》中,所用到的科學設定以及意圖,有一部份的設定與科學的事實抵觸。

不過為了顧及演出的需求,我們決定犧牲部分的科學合理性,我們也會老老實實的在這裡寫出來(並且自我吐槽),畢竟連有諾貝爾獎得主盯著看的《星際效應》,也不可能把黑洞做成黑色,放在漆黑的宇宙空間中吧!雖然這樣才合乎科學,不過觀眾大概只會以為電影院的放映設備壞掉了。

《重甲機神》誕生的使命:喚醒大家的中二魂夢想與興趣

我們希望能透過電影以及這個系列的文章,能喚起大家對科學的夢想與興趣。當然啦,也希望大家能夠支持《重甲機神 Baryon.神降臨》這部作品。雖然它比不上《復仇者聯盟》的豪華特效,也比不上《天氣之子》的神級作畫,不過,這是一部台灣人做給台灣人看的故事,還是有些我們獨有東西,不是在好萊塢鉅片或是在一流日本動畫裡面看得到的。

接下來就讓我們一起來期待系列文章吧!

更重要的是:11 月 8 日,我們戲院見!

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