レイアのフォース使用の物理学

『スター・ウォーズ／最後のジェダイ』がDVD（とデジタル）で発売されたので、5月4日（アメリカ独立記念日）にちなんで、ある興味深いシーンについて語ってみようと思います。ただし、まだご覧になっていない方もいらっしゃるかもしれませんので、ネタバレ注意です。

このシーンでは、レイアの宇宙船がファースト・オーダーの攻撃を受けます。攻撃によってブリッジに穴が開き、内部の空気がレイアを含むそのエリアの乗組員のほとんどを押し出します。そしてレイアは…宇宙船から漂い去っていくのです。しかし、待ってください！レイアはまだ生きています。彼女は手を伸ばし、フォースを使って宇宙船へと引き戻します。

このシーン全体が馬鹿げていると思った人もいるかもしれませんが、私はそうは思いません。レイアが父と兄と同じようにフォースを使えるということを示しています。彼女がこんなことをするのは、本当にこのシーンだけです。クラウド・シティでルークの呼びかけを聞いたのはフォースを使ったシーンだったかもしれませんが、それでも重要なシーンでした。

レイアの力を示すだけでなく、これは物理学上の大きな疑問でもあります。レイアを宇宙船に戻すために、フォースは彼女にどれだけの力を加えたのでしょうか？考えてみましょう。

まずは基本的な考え方から始めるべきでしょう。特に、力と運動の性質（力そのものではなく、物理的な力）についてです。力とは、物体間の相互作用によって速度の変化を引き起こすものです。ここで重要なのは「変化」です。力は物体を「動かす」のではなく、力は物体の運動の仕方を変えるのです。この考え方を表現する一つの方法は、ニュートンの第二法則です。方程式で表すと、次のようになります。

変数の上にある小さな矢印記号は、ベクトルであることを意味します。どうかご心配なく。レイアは1次元的に移動するだけなので、矢印は無視しても構いません。しかし、この式から、レイアの質量と加速度が分かれば、フォースの力を計算できることがわかります。加速度は速度の変化の速さを表す尺度ですが、ここで運動学（運動を扱う物理学）の分野に入ってきていることがお分かりいただけると思います。

この動きのパラメータをいくつか設定してみましょう。例えば次のようになります。

爆発。ドカーン。レイアは（空気に押し出されて）ある程度の初速度を保って宇宙船から脱出する。
彼女は宇宙船から一定の速度で遠ざかり続けます。その速度は一定時間（未定）。ああ、宇宙では彼女の速度を落とす力はないので、彼女はそのまま遠ざかり続けるのでしょう。
レイアは死なないと決意し、フォースを使えることを思い出す。このフォースはレイアに力を及ぼし、彼女の速度を落とし、そして再び宇宙船に向かって加速させる（ここで加速度とフォースを計算する）。
彼女が安全な場所までずっと加速し続けたのか、それとも惰性で戻っただけなのかは分かりません。動画を見る限り、最後はそれほど速く動いていないように見えます。惰性で戻ったのだと思います。

しかし、最低次の近似値を求めるには、2つのことを推定する必要があります（そして1つは動画から測定します）。レイアの開始速度（フォース使用前）、最終速度（フォース使用後）、そしてこれらにかかる時間が必要です。開始速度を-3 m/s（宇宙船から離れる方向）、+4 m/s（宇宙船に近づく方向）、加速時間を10秒（シーンから）とするのはどうでしょうか。

ここで、加速度の定義（1次元）を次のように使用できます。

上記の推定に基づくと、加速度は0.7 m/s ²、力（フォース）は31.5ニュートンとなります（レイアの質量を45 kgと仮定）。さあ、これで答えです。でも、ちょっと待ってください！この力は自分で推定して計算できます。Pythonを使った簡単な計算で簡単に計算できるようにしました（Pythonは計算機として使えるはずです）。

はい、それほど大きな力ではありません。たった7ポンドです（反乱同盟軍単位ではなく帝国単位をご希望の場合）。速度と時間をご自身で推定し、上記のコードを編集してみてください（何も壊れることはありませんのでご安心ください）。「再生」ボタンをクリックして計算を実行してください。

もちろん、もっとできます。レイアの宇宙への旅と帰還の全過程の動きをプロットすることもできます。その様子はこんな感じです。