Articles / 9月 11, 2021

The Physics of Firebending

The Physics of Avatar: The Last Airbender and The Legend of Korra

Zia Steele

Aug 6, 2020 – 15 min read

AvatarのSpoiler Warning（ネタバレ注意）。 The Last Airbender and The Legend of Korra

力の要素である火を使って、曲げる物理の旅を続けましょう。

アバターと Korra の物理に関する私の最初の 3 つの投稿をまだ読んでいないなら、読むことをお勧めします。このシリーズの残りの部分を理解するのに重要でしょう。

ファイアベンダーができる最も単純なことは、ものを熱することです。彼らは炎を出さずにこれを行うことさえ示されています。ベンダーは電気と磁気を利用するという我々の仮説の下では、ファイヤーベンダーは単に加熱している材料に電流を流すことでこれを行うことができると推論することができます。電気はほとんどの物質中を完全な効率で移動しないため、電流からの電気エネルギーの一部は熱エネルギーとなり、周囲を温める。

熱吸収と方向転換

E1 は初期分子のイオン化エネルギー、E2 は燃焼のために高温反応物へのイオン再合体を強制するエネルギーである。

ここで、起こっている燃焼の種類について話すことが重要である。アバターで見られる火の色からすると、ほとんどのファイヤーベンダーは不完全燃焼を使っているようです。これは反応に十分な酸素が供給されない燃焼で、黄色か赤色に燃えます。これらの炎は、火が十分な酸素を得ることができ、青く燃える完全燃焼の炎よりも熱くない。つまり、青い火曲げは完全燃焼で実現し、通常の火曲げよりも多くの熱を放出する。不完全燃焼の黄色や赤色は、燃えている物質の微粒子が反応せずに舞い上がり、白熱して光っているものである。白熱とは、物体が熱エネルギーを可視光線として放射することである。アバター』や『コラ』で見られるような黄色、オレンジ、赤橙色の火の色を実現するためには、ファイヤーベンダーは不完全燃焼の間に燃焼せずに白熱温度に達することができる炭化水素を大量に作り出す必要があるのです。ファイヤーベンダーは、電磁気の精密な制御により、酸素と一酸化炭素を強制的に反応させ、二酸化炭素を生成することでこれを回避できるかもしれない。青いファイヤーベンダーが行う完全燃焼は、水蒸気を発生させる。水蒸気は温室効果ガスであり、炎が熱を伝えるのを助けるが、環境には悪い。ファイヤーベンダーは、発生した水蒸気に電流を流すことで、この問題を回避することができる。

Moving, Shaping and Deflecting Fire

さて、火を使う人がどうやって火を起こすかはわかったが、どうやってその形や動きをコントロールできるのだろうか。その答えは、実はとてもシンプルで、炎の性質に関係しています。炎は部分的なプラズマであり、燃焼によって放出されたエネルギーの結果、原子の一部が電離した状態になっています。炎はイオンを含んでいるため、電流の影響を受けることがある。炎に電流を流すと、炎の中のプラスイオンは電流の入ってくる方に、マイナスイオンは出ていく方に移動します。

この炎の性質を利用して、動く回路が炎を引きずり、炎の移動に合わせて燃焼させる場所を変え、炎が広がらないようにすることが想像できる。このような炎の曲げ方は、次の図を使って視覚化できます：

電場をかけることによっても、炎を一方向だけに反発させたり引き付けたりすることができます。その効果を示すビデオです。

これらのプロセスを十分に正確に使用すると、電気の流れを制御できるファイアベンダーは、炎をほぼ思い通りに動かすことができました。これは、自分自身が作り出す炎だけでなく、自然に発生する炎や他のベンダーが作り出す炎も同様である。

ファイアーベンダー間の戦いでよく見かけるイメージとして、一方の炎を相手の炎に押しつけて発生する炎が挙げられます。ここで実際に起こっているのは、ファイヤーベンダーが電流の流れる方向を変えているのではないでしょうか。そうすることで、各回路の磁場の向きを変え、他のファイヤーベンダーの炎が作る回路と同じ向きになる。そうすると、回路の磁場はほとんど反発し合い、離れていき、炎を引きずり込む。この効果により、炎は互いに押し合うように見える。

十分強い電流は実際に火を消すことができるので、ファイアーベンダーは既存の火を消すことができるだろう。炎が消えた後も炎の原子はイオン化したままなので、ファイヤーベンダーは煙の動きを制御することもできるだろう。

Combustionbending

通常の火曲がりがどう動くかがわかったので、高度なテクニックにも触れてみよう。そのような技術の1つは燃焼曲げです。ほぼすべての火曲げは燃焼の一形態であるため、これはやや誤解を招く名前です。とはいえ、燃焼曲げは、熱、高温ガス、プラズマのいずれかのビームを一点に集中して発射し、一気に膨張させるようである。私の仮説では、このビームは実は水素の火で、他の火に比べて燃え方が弱く、見えにくいのだと思います。しかし、火の温度が低いとしたら、どうしてあんなに大きな爆発が起こるのでしょうか？それは、水素の火が大量に発生し、それが高速で移動するため、爆発する前の小さな体積の圧力と熱エネルギーが非常に高くなるからだと思います。

移動中にビームから飛び出すリングは、低気圧に逃げ込む火かもしれない。おそらく combustionbenders は火を外に出さないと、爆発が早すぎるのでしょう。

Fire Propulsion

Fire propulsion は以前の投稿で述べた水の推進の働きと非常に似ています。まず、ファイヤーベンダーは、炎に含まれるイオンを反発させるために、自分の体に電気を帯電させます。そして、炎を出すと、その炎はすぐに自分の体からはじき出される。そして、先ほど説明した方法で、炎が自分の望む方向にしか逃げないようにするのだ。これが操舵である。ニュートンの第三法則により、炎が一方向に逃げると、充電したファイヤーベンダーは反対方向に押される。特にこの技はパイロキネティクスによくある表現なので、説明を考えることができてよかったですし、最高です!