《西遊記》中的物理世界 探討潛藏的自然法則+科學原理｜星島教室

《西遊記》是中國古代文學的瑰寶，其故事情節充滿了奇幻色彩，角色各具特色，展現了人類對於自然界的理解與幻想。這部作品不僅是神話志怪的代表，也是對人性、道德及宇宙的探索。其實我們亦可以從物理學角度重新審視這些故事，探討其中潛藏的自然法則與科學原理，讓我們在奇幻世界中體會科學的美妙。

二郎神大戰孫悟空

山峰巍峨，雲霧繚繞。沿着山路拾級而上，繁花似錦，競相綻放，宛如仙境。然而，林中隱隱傳來的殺伐之聲卻與這美景形成鮮明對比。

遙望之下，兩團黑影在空中倏起倏落，金戈交擊之聲不絕於耳。其中一人面貌猶如猴子，舞弄着手中的銅棒，與一少年展開激戰。這銅棒時而變長，時而縮短，從少年的視野死角處不斷襲來，攻擊角度極為刁鑽，顯見其對武器的掌握頗為純熟。

少年面如冠玉，雖然看似弱冠，但手中的三尖兩刃槍舞得虎虎生風，臂力之沉雄絲毫不亞於壯年的漢子，在面對對手詭異的攻擊時，也能在關鍵時刻化險為夷，令人不禁嘖嘖稱奇。正當二人鬥得酣暢，少年模樣的漢子突然大喝一聲，身形瞬間急速膨脹，轉眼間已高達萬丈，面容也變得如同惡鬼，手中的三尖兩刃槍直劈向猴臉人。

以上是來自明代作家吳承恩著作《西遊記》中第六回著名的一幕——「二郎神大戰孫悟空」，主角孫悟空與來自天庭的二郎神各施各法，為了制服對方施展出渾身解數，二人打得有來有往，這一幕到了現代也被翻拍成電影，可見其在《西遊記》中的重要性。以下嘗試從中學數理科角度，跟大家走進吳承恩筆下的奇幻世界，如若為其筆下的架空世界套入現實的物理法則，將會發生甚麼有趣的事情。

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「變身」物理法則

原文講述二郎神在大戰期間「搖身一變，變得身高萬丈」，姑且假設當中「身高萬丈」有誇大的成分，折半算之為五千丈，換算為現代常用的度量衡約為16000公尺。

假設二郎神身高最大為2公尺，瞬間長高為16000公尺也翻了足足8000倍，則體積增加了8000的3次方——即5120億倍。若其質量不變，由於密度(ρ) 等於質量(m) 除以體積(V)，即ρ = m/V，其密度會瞬間變為5120億分之一。若其質量按比例增長，則會吸收大量能量以致令萬物瞬間凋零。

由於原文講述二郎神「搖身一變」，可知其變身過程歷時最多不過數秒，在數秒之間歷經如此急劇的變化，周遭環境在受其影響的情況下，極可能會分崩離析，不復存在。下文將為《西遊記》套入現實的物理法則，以假想情節延續故事。

密度劇變 易釀解體

「在二郎神急速膨脹的一瞬，將士搖旗吶喊的聲音戛然而止，霎時間風雲色變，天崩地裂，一道毀滅性的力量以二郎神為中心擴散開去，摧枯拉朽，一棵棵參天古樹或被連根拔起，或被攔腰截斷，花果山的徒子徒孫和跟隨二郎神的將士轉瞬被風暴吞噬。大聖只感到一股排山倒海的巨力怒濤般襲來，在來得及反應之前已如斷線風箏般飛了出去，儘管有仙功護身，全身都疼痛得彷彿要裂開來，意識迷糊間強自提振精神，提氣翻了翻身，踉踉蹌蹌地落在一旁。縱目望去，不禁虎軀一震，只見原本十里外作為剛剛戰場的花果山已憑空消失，不復存在。」

從上文中，我們模擬了二郎神質量不變的情境，在他變身的過程中，他低至接近真空的密度，會使他瞬間上升到穿破大氣層的高度，但其密度如此劇烈的變動會讓二郎神在膨脹到萬丈高之前遭到解體，其影響之劇烈甚至會波及周遭的環境，由於這種物理變化在現實中幾乎不可能存在，故後果難以預估。

質能急轉 地球毁滅

若在整個變身過程中他的密度不變，根據密度公式（ρ= m/V），在體積增加了5120億倍的情況下，其質量也應同時增加5120億倍，以確保二郎神的質量體積比跟變身前並無二致。但這也會衍生一個問題就是物質無法憑空產生，除非應用質能公式（E=mc²），當中E為能量，m為質量，c為光速。假設神話人物有將身體周遭的能量轉化為物質的能力。在這個情況下，假設二郎神原先的質量為75公斤（成年男子平均體重），代入質能公式可算出變身過程中所吸收能量︰E=75×5120×10⁸×（3×10⁸）2=3.456×10³⁰焦耳（按︰75為質量；5120×10⁸是體積變化；3×10⁸就是光速），相當於吸收了約5.486×10¹⁶顆原子彈引爆時所產生的能量，會造成空間的扭曲及崩潰，甚至會令地球遭受毀滅性的打擊。

《西遊記》作為四大名著之一，古往今來曾有不同領域的學者及研究者對其進行考究，作為神話志怪小說，若對當中的劇情較真，當真是焚琴煮鶴，不解風情了。故此，以上的內容並不是批評故事內容，而是嘗試從數理角度看待故事，讓我們能拉近與虛構故事之間的距離。文學的想像，數理的現實，看似風馬牛不相及的兩者，在發生碰撞時，或有妙不可言的結果也未可知。

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密度知多少

定義：密度是物質單位體積的質量，用來衡量物質的緊密程度。

公式：密度（ρ）等於質量（m）除以體積（V），即ρ = m/V。

單位：在國際單位制（SI）中，密度單位是公斤每立方米（kg/m³）。

影響因素：氣體的密度受溫度和壓力的影響較大，而液體和固體的密度受溫度和壓力的影響相對較小。

應用：密度可用於區分不同物質、計算物體的質量或體積，以及研究物體的浮沉情況等。

小思考，大智慧

除了上述情境，你還能想到《西遊記》中有哪些橋段，如果應用現實的物理法則會產生有趣的結果呢？

參考答案

例如以下3個橋段︰

• 如意金剛棒會消失：如意金剛棒可放大縮小是經常出現的情節。如意金剛棒放大縮小導致密度改變，金剛棒變小時由於密度大幅增加，很可能會穿破地面消失不見。
• 筋斗雲瞬間移動：孫悟空的筋斗雲能讓他瞬間移動到任何地方，這需要非常高的能量，並可能引發時空扭曲。假如筋斗雲真的存在，它的運行可能違反光速限制，造成時間倒流或空間變形，這種設計讓人不禁思考現實中是否存在類似現象。
• 「七十二變」能力：孫悟空的變身能力可讓他變成各種形態。如果考慮到質量守恆，變身過程中若質量不變，其體積改變則會影響周圍的空氣壓力，可能導致劇烈的氣流變化，甚至引發小型的龍捲風。

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

文：裘錦秋中學（屯門） 物理科老師伍雋謙

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