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图文：David Allen Batchelor（美国宇航局戈达德航天飞行中心的物理学家） 编译：淼助 《星际旅行》是一部科学范儿的影视剧呢，还是只是那种“我伙呆”的全无意义的幻想？人们真的可以实现《星际旅行》里的神奇科技吗？还是这些都只是不能面对现实的人们对于高科技的幻想？我们真实的未来世界里，会拥有像《星际迷航》里那样用之不尽的能源，让人类可以乘坐豪华的大型飞船在银河系旅行，以平等的身份去接触外星人吗？ 【1976，美国宇航局的航天飞机“企业号”从Palmdale（制造厂家）飞出，并受到了来自《星际迷航》电视剧演员和美国宇航局的官员的现场欢迎。从左到右分别是：美国宇航局局长James D. Fletcher博士；DeForest Kelley（电视剧里扮演Bones博士）；竹井乔治（Mr. Sulu）；james doohan（总工程师Montgomery “Scotty”史葛）；nichelle nichols（少尉Uhura）；Leonard Nimoy（斯波克）；电视剧编剧Gene Roddenberry；美国众议员Fuqua研究员 (D.-Fla.)；walter koenig（帕维尔少尉契诃夫）。图片来源：美国宇航局】 我们知道，早期编剧Gene Roddenberry和后来的作者以科学开始延伸出一个一个神奇的框架，填充了许多有趣的功能和娱乐故事。而且Roddenberry懂得基本的天文学知识，他知道太空船不能比光走得快，所以需要数十年才能从一颗星球抵达另一颗星球——这样的电视剧有点儿太无聊， 因此他把曲速引擎引入剧中：通过爱因斯坦设想的弯曲时空来驱动飞船。有了曲速引擎，飞船可以在几小时或几天就能到达遥远的星球，这样的故事吻合了人性对于冒险奇遇的巨大需求，而不只是满足于日常生活。Roddenberry让剧中的星球之间的距离非常遥远，但人类仍然有足够的能源能够到达那些星球。Roddenberry和其他作家们加入了许多“魔法”：“传送机”，“医疗奇迹”和“全息甲板”。但是他们这些“魔法”是作为在未来人类进步后工程师建造出功能强大的设备和工具引入剧中的。他们提升了我们关于未来的可能视野，这也是此剧如此受欢迎的原因之一。 但是，这部剧的作者不是科学家，所以他们有时会把科学细节弄错了。例如，《星际旅行》有一集情节是这样的：《下一代》里，Crusher博士和LaForge先生被迫把所有的空气排出他们所在的飞船，以扑灭火灾。医生建议是这样的：在真空中尽可能长时间屏住呼吸保持意识，直到空气恢复。但是，水下的水肺潜水员们都知道，任何一个在大减压中摒住呼吸的人都可能因肺部破裂而死亡。肺部无法承受那么大的压力，所以人们只有不去试着摒气才能活下来。 我还可以举出更多类似的例子。我是个物理学家，我的许多同事们都看《星际迷航》。有些同事认为其中的一些设定，是精确而又完美的科学故事类的电视剧，但他们并不相信这部剧。因为在一些特别的剧集里，有一连串的科学错误和不可能发生的事情。这不公平——尽管莎翁的戏剧也经不起这样严密的推敲，但他们看莎士比亚时从不抱怨。准确无误的科学几乎无法用足够的有趣和壮丽来支撑一个每周播出的冒险类电视剧。总体来讲，比起其他任何一部电视上播出的科幻系列，《星际迷航》写得相当的聪明并且更加衷于科学。《星际迷航》也吸引和激发了一代又一代观众对先进科学与技术的关注，并且它几乎是唯一一部正面描述科学家和工程，并使他们成为经典角色的电视剧。所以，我们完全可以原谅剧里史诗般的探险剧中偶尔出现的错误概念。 那么,《星际迷航》有哪些典型的科技事物可以让对科学感兴趣的人可以毫无顾虑地接受和相信，并且能够完全剔摒弃那些挑剔的个人偏见呢？在剧中提到的许多星系，比如Wolf359，是确实存在的。尽管如此，一般星系都是作者们杜撰出来的。剧中也有一些漂亮的特效场景，比如双子星和太阳耀斑，在天文方面是正确和有教益的。剧中典型科技产物的正确和谬误贯穿始终。下列《星际迷航》里典型科技的名单，基本上按科学上的不可信程度逐渐增加来排序。 1.通讯 《星际迷航》里的通讯器材，手机现在已经普遍存在，甚至已经在生活里扩张地令人讨厌了。而且它们制造的图片和录像也可以非常方便地采集和交换。登陆部分在过去的《星际迷航》剧中只发送口头报告，并不像今天的人们这样发送图片和录像。 2.飞船上的计算机 如今的电脑的视频游戏和电影特效比最初的《星际迷航》场景更加美轮美奂。计算机也可以搜索数据库里的美国数据，进行数据挖掘以找到犯罪分子和恐怖分子。今天，漫游者探索3计算机上的移动电脑可以呈现简单的类似全像甲板那样的虚拟现实，使得我们可以进行电脑辅助设计，这将在建筑和工业领域有很大的影响。超级计算机推进了天气和气候的建模水准。 四百多年后（《星际迷航——下一代》设定的时间），我们对于《星际迷航》中的许多电脑功能能够实现的期待是合理的。有趣的是，《星际迷航》里的想象只是关注了巨型的、独立的计算机，并没有预见到互联网。 3.物质-反物质发动机 这是《星际迷航》最好的经典科技之一。把物质和反物质混合起来， 无疑是星际飞船可用的最有效的一种能量来源，而且剧里描述地相当正确——将反物质（冷冻的反氢）用磁场操控，并且不允许与正物质接触，否则会被引爆。这真的很物理。我们不用再担心二锂晶体（一种由两个锂原子组成的核聚变燃料）了……不好意思，但那（物质-反物质发动机）只是个想象。 反物质是在微观量子领域的概念，被用来推进物理学知识研究。但是，制造大量的用来作为燃料和能源的反物质仍然是不可能的。 4.脉冲引擎 这是建立在核聚变反应堆基础上的火箭的引擎，目前我们还没有这样的技术。这相对于我们现有的化学燃料火箭而言远远超前，但这依然是在未来可能实现的引擎。 《星际旅行》的一些剧集里也提到了离子驱动。在最近的数十年，俄罗斯、美国、欧洲、日本的航天器都使用了离子驱动引擎，也叫做霍尔推进器。它们比普通的化学火箭更加高效，能够把探测仪器直接送到太阳系的一些小行星和彗星上。 5.机器人 美国人工智能协会是一个重要的机器人技术研究机构。在几年前一次机器人技术会议上，该协会的主席被问及他的研究领域要解决的终极技术目标。他回答说：'Lieutenant Commander Data.（《星际迷航》剧中的机器人角色）'能创造出像星际迷航里Data 先生那样的机器人，必将成为机器人历史上的丰碑，并且，无论能不能实现，这在计算机领域都是非常有争议性的。也许，有自我意识的计算机可以植入一个人形身体里，并且可以确保适应人类的规则，跟人类相处融洽。 这虽然也远超我们现有的计算机技术，但并不是不可能。 另外，Data先生的“正电子”大脑回路取名于艾萨克·阿西莫夫博士对他的科幻机器人回路的想象。我们的医生可以用正电子为我们的大脑或其他器官成像，但没有任何理由可以期望正电子能够做出比较好的人工大脑。正电子是反物质啊！阿西莫夫博士只是杜撰了个复杂的试探性的道具，他本人并不希望人们对于这个想法照本宣科。 现在人们有多种玩具机器人和遥控机器，然而，人造的大脑从未被创造出来。人们仍然只是粗略的了解思想在人类大脑中编码和传输方式，这阻碍了真正的“心意传输”的发展。然而，人们可以传输简单的大脑到机器的命令，使受损或瘫痪的人来控制假肢和机器。作品里还有更多复杂的人机交互。 6.外星人 美国宇航局的开普勒号飞船和其他天文研究项目已经发现了超过3300颗行星，以及近2500名需要对观察进行确认的候选行星。行星在我们的银河系是常见的，就像星际迷航里的生物所相信的那样。有明显的迹象表明，在银河系可能有无数的生命和家园。然而尽管有那么多的搜索，在宇宙中任何地方，从未发现任何有智慧的文明生物传送的无线电或光讯号。 现在，我们了解了一点儿生物化学。大多数科学家现在同意，生命可能存在于其他的星系里。与地球上生命形式一样的碳基生命，其化学元素在宇宙中很普遍，所以也许我们自己这样的生命形式在银河系中也有许多。我们可以想象各种智能生物，有任何数目的手臂、腿、眼睛和触角——也许还比我们聪明许多。令人怀疑的是，《星际旅行》剧里的人形和异型外星人一样普遍，但我们必须允许这部剧为演员的“既有形状”（人形）做出一些让步。像斯波克先生一样的半人/半外星人的混血儿真的存在吗？现在看来几乎是不可能的。但随着DNA重组，科学家已经创造了种间杂交。斯波克先生虽然没有完全超越生物化学的现实，但肯定已接近边界。 7.传感器和扫描分析仪 我们有振动传感器、声纳、雷达、激光测距、各种不同波长光的探测器和高能粒子探测器以及重力仪。我们也能在固体物体的内部做一个小的3D成像，比如用磁场和放射性检测仪检测人体。《星际迷航》中的传感器和扫描分析仪有很大的不同，比我们所做的更加接近物质的本真。但想象延伸下，今天的磁共振成像仪可以看做扫描分析仪的鼻祖。当企业号要检测太空中的远距离物体时，它的传感器必须使用更先进更图像化的“子空间场”。因为船员以光速往返一个目标，从来不用等待信号。并不是所有剧中的传感器都是能实现的。 在地球上，LIGO天文台探测到引力波，使科学家得以研究和直接观察到很久以前遥远的恒星碰撞成了黑洞。引力波的模型证实了阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论（“广义相对论”）。这是当前现代科技中最棒的一种传感器。 8.导流罩，牵引光束和人工重力 我们知道如何利用电磁场来偏转带电物体，并有保护太空旅行者避免宇宙辐射这样的概念。我们知道，类似于企业号那样有强大特效的外壳，只是个物理骗局。我们可以制造一些有吸引力的大磁铁，并用正确的电子回路调节磁铁的磁场强度，可以想象在太空拖曳一些金属物体。但是，用射向某物的一束来吸引某物纯粹是想象。 人造重力并不是提供企业号船员所受到的相当于正常环境的重力。特别设计的磁场可以产生一个类似的，较弱的重力场，但可能会严重破坏金属设备。你可以试着搜索一下“悬浮的青蛙”，看那是如何做到的。但这并不是一个可行的、安全的重力替代方法。我们没有任何方法来造出人造重力。产生人工重力粒子是想象的，但是没有途径告诉你可能会如何做。 9.隐形设备 今天，我们已经发展出简单的隐形装置，但它包括多层笨重的超颖材料，且只能在有限的颜色范围内隐藏小物体的可见度。（与通常我们业已习惯的玻璃的反射和折射不同，超颖材料由微小电子设备的阵列组合从而产生奇特的光学性能）超颖材料的新品种无疑会产生新的、奇特的效应，但似乎并不能够达到完全隐形。 10.子空间通信 数学家们在几十年前发现空间连续性时，就发现了子空间的概念，科幻作家借这个词来满足他们的需求：一个超级先进的方式到达空间、时间或者其他宇宙里的另一点。这个概念在今天的物理学里非常活跃，在理论上，我们的时空可能有十一个或更多的维度——三个空间维度加上时间维度，另外七个维度“弯曲”在一个微小的亚原子大小的尺度，这完美解释了物理学力量的奥秘。但星际迷航使用自己版本的子空间，它有可以和最快的星舰一样快的信号。这只是一个在电视剧后期出现的方便得到星际舰队信息的想象，背后并无任何物理学理论支撑。 11.移相器 根据《星际迷航》之《下一代技术手册》，定相能量矫正被命名为移相器。它们真的只是场面宏大的能量爆炸，没有任何有细节的物理解释。最初的概念是，它们是激光的技术改进。在某种程度上，它们不同于激光器，它们只是过去几十年科幻小说中一代又一代的“爆破工”厉害的道具。 现在，军方有类似移相器的打击武器，用微波引起皮肤极度不适。相对的，激光武器一直在发展，并且有更先进的能力。 12.治疗光线 Crusher医生用治疗光线照了一下她弄伤的病人，那人的皮肤或骨头立即愈合。这只是对于二十四世纪医学一个神奇的想象。实际上有一种粘合剂，可以把人类的细胞像胶水一样粘附在一起，这种合成的皮肤，用于暂时保护伤口。但身体自身的愈合速度通常和其他方法一样快。另一方面，有一些证据表明，微弱的电流可以加速骨头愈合。这和Crusher医生的治疗程序是类似的，但这种治愈方法并不是瞬时的——也许某一天会成为可能。 13.复制机 今天，我们知道如何通过用原子束在一个面上“画画”，我们用这些方法创建微芯片电路，以及进行纳米尺度的物体实验。我们也可以把单个原子或数个原子束缚在一个电磁场形成的势阱里，并对它们进行实验。这是离复制机很近的现实。从模型制作出一个固体物质，像复制机所做的那 样，远远超出了我们目前的物理学。简单结构的复原目前可以进行，比如通过多层相片拷贝技术来实现，建立许多层硬化流来创建固体对象。这并不能做出“热伯爵茶” 那样美味的替代品。 14.传送机 我们没有关于如何真正建立一个传送机的线索。它使用一个光束从A点辐射到B点，可以它捕捉一个人的模型，将其非物质化，然后把他/她带到另外的点，在它要运达的地点重建此人的身躯，使之停在正确而精确的位置，此过程甚至可以穿过沿途的一些障碍物。所有的重新物质化的原子和分子都在正确而精确的位置，用合适的温度附着在一起，就像在传送过程中没有被非物质化一样。重新物质化的过程中，如果一阵风或正常的重力干扰到重现出现的原子时，为什么所有部分都不会散架呢？今天的物理学中没有给出任何让这成为可能的线索。亚瑟·C·克拉克的第三定律说，“任何足够先进的技术和魔法没有区别”，但我们不能假设成只要有足够先进的技术，每一个神奇的想法都能实现。 今天，少量的原子和光子可以被传送。这种技巧的主要用途将是在量子计算机的发展方面，它有可能非常快地解决非常复杂的数学问题。 《星际迷航》传送机有个最大的权力没怎么用：太空战斗中，如果传送机能够将敌人星舰船体的补丁毫不费力的移除……这样电视剧的情节就可以很简单了O(∩_∩)O ~。哈哈 15全息甲板 克拉克的第三定律也适用于这项科技。全息图是具有三维结构的图像，我们还不能想象光线像复制机组装物质那样在全息图中以同样的的方法来表现三维结构。我们今天只能做一些相对粗糙的虚拟现实环境。 有趣的是，在最初的《星际迷航》剧中，虚拟现实是不合法的。虚拟现实技术是先进的外星人（Talosians）发明的，这把他们引入了无尽的幻想中，从而破坏了Talosian星人的社会。星际联邦甚至实施对去过Talosians的人也执行死刑的法律。但在《星际迷航：下一代》里，全息甲板的虚拟现实被视为消遣的一种重要形式并在每一个大的星舰上安装，以娱乐船员。 16.万用语言翻译机 这是用在《星际旅行》剧中的一个自动魔法装置，使人物轻松完成故事。每集剧里人物如果在真实情景中要克服语言困难，对于一集一小时的电视剧未免剧情会太慢太乏味。企业号的船员能在遇到一个外星飞船时，“用标准频率打招呼”，并在他们的显示屏上建立临时通讯，这是一个让情节远离模糊地带的反常捷径。我们当然可以搁置创建这种发明的可能性。 17.曲速星际驱动 这项必须是联邦技术的最高成就。尽管它是剧情中的基本设定，但它无法辩驳地违反了已知物理。在《星际迷航》里，曲速场效应细节解释如下：《下一代技术手册》引起的问题比它解决的更多，据说涉及巨大的能量负载和子空间领域，今天的科学还不能理解。然而，如果除了不太可能的在量子物理学中有革命性的发现，以致于破坏了爱因斯坦的理论的话，曲速驱动器基本上是不可能存在的。今天的物理学家们很好地理解了时空连续性，并有很好的理由认为，没有物体的运动速度可以超过光速。 但是，这并不能阻止类似相对论和量子理论专家史蒂芬·霍金一样的科学家们享受电视剧的乐趣。 18.虫洞星际旅行和时间旅行 这是非常奇怪的数学模型导致的离奇的结果，这种人为实现相当于已经将爱因斯坦相对论理论延伸到极限的、未经任何测试的像泰坦尼克号一样超大物件的想象模型。我们没有任何证据表明，爱因斯坦的理论在这些情况下还是有效的。而且，人为做出这样的巨大旋转物质在在自然状态下几乎不太可能。 到今天为止，时间旅行没有任何进展。 因此，总结一下就是：《星际旅行》早期的故事把娱乐和真正的科学，想象的科学进行了有趣的结合，作家每周都会给新剧集填充一些新奇的故事情节。真正的科学，是为了忠实于人类最伟大的成就；而幻想的科学只是玩一个游戏，扩展人们的思想以达到娱乐的目的。《星际旅行》系列是唯一的制作时尊重真正的科学和写作才华的科幻系列。这就是为什么它是唯一一部许多科学家经常看的科幻故事系列……比如我。 |
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