《星球大战》哪些幻想能成真？从科幻到科学，前NASA员工为你解读

星战军团

科幻仅仅是天马行空的幻想么？科幻是科学的外延和发散，其电影情节，往往会基于某个科学假设去想象，是关于“如果......那么.....”的文艺作品。

在《星球大战》里，那些奇形怪状的外星生物，有没有可能真实存在？绝地武士优雅又致命的“激光剑”，真造出来会有多大？你期待呆萌的R2-D2机器人淘宝上架么？



星战科幻的外壳下包裹着哪些科学的内核，曾在美国宇宙局（NASA）任职天体物理学家的珍妮·卡维洛斯写了本《〈星球大战〉里的科学》，她用最通俗易懂的语言，解释了其中的科幻与科学交叉的前沿知识。


带着几个问题，为大家分享这本书的精华浓缩版本：

1、孕育文明的行星环境该是怎样的？

《星球大战》中有着形态各异的星球。有天行者的家园——沙漠星球塔图因；有全部是海洋的行星；还有与地球相似的行星。这些行星上常有文明种族，或原住民，或外来人口。那么，具备“生命宜居带”的恒星系统和行星环境该是怎样的？


地球表面的水存在数十亿年以上，才能保证生命从诞生到演化为高级生命，液态水无疑是生命存在与演化的关键。

与恒星的距离，如果是冷的矮星（表温3000摄氏度），要求行星与其距离约0.1个天文单位（天文单位是地球到太阳的平均距离，约1.5亿千米）；与热的巨星（表面温度6000摄氏度，近似于太阳），距离大约2个天文单位，这样才能保证适宜生命的温度。


另外如果行星距离其“太阳”恰好1个天文单位，则要求行星质量相当于0.5~10个地球质量，质量太小，引力不能维持大气，无法抵御宇宙致命辐射；质量太大，又容易过度吸引氢、氦等气体元素而形成木星那样的气态行星，使常规生命无法生存。


生命宜居带要有关恒星在星系中的位置，比如这颗恒星不能靠近一些太大的恒星，因为大质量恒星演化到最后阶段会发生猛烈爆炸，殃及附近行星摧毁生命。


天文学家根据观测结果推测，处于生命宜居带的行星，银河系中有10亿颗。所以像《星球大战》里呈现的千姿百态的宜居星球是合理的。


2、外星人，不再单一模样

《哈姆雷特》中说：“天地之间有许多事情，是你的睿智无法想象的。”这话用在外星生命上同样成立，地球上，数量最多的生命形态是微生物和昆虫，外星生命更多也是以微生物或初级生命存在。

具体到外星“人”，一定是经过了漫长的进化过程。他们有可能生活在陆地，有轴对称的躯体，也可能像蜘蛛或章鱼那样，有许多的“手”，用来操纵工具，又或者生活在水中，不容易进化出四肢，有智慧乃至复杂的社会关系。


不论哪种外星人，都会有发达的神经系统和感官，感官因环境而异。习惯暗光环境的外星人能像蛇一样感知红外线，或者想蝙蝠一样听到超声波，感官不同，容貌就千差万别，想要在外星人身上发现“美”，恐怕不容易。


上面设想的都是类地行星上的碳基生命形态，可以从地球生命外推。其实在环境千差万别的星球上，完全可以进化出千差万别的生命。比如硅基生命，它们也许移动速度缓慢，但思维速度大大超越人类，更趋近于电子计算机。还有人设想在木星那样的气态行星大气层中，会存在水母一样的气球状生命，靠氨气为食，以闪光为交流手段。总之，生命就是能够繁衍的物质、能量与信息的有机组合，并没有条条框框限制它的模样。


3、既然“外星人”的面貌可能与我们有很大不同，那么他们的科技水平，跟我们相比又如何呢？

1964年，苏联天文学家卡尔达谢夫提出外星文明可能以三种发展水平存在：


Ⅰ型文明是只能控制本星球的文明，利用本星球的矿藏能源，在本星球上种植、生产和居住。它可以达到控制核聚变产生能量的水平。按这个标准，人类文明勉强够上Ⅰ型文明的水平，大约可以算作0.7级文明。


Ⅱ型文明是能掌握整个恒星和所属行星系统的文明。以地球为例，将来人类能掌握整个太阳系内任何天体的物质和能源时，就进入了Ⅱ型文明时期。


Ⅲ型文明是能掌握整个星系的文明。以银河系为例，它的直径为10万光年，拥有千亿颗恒星。将来人类能掌握整个银河系的文明时，就进入了很高级的Ⅲ型文明时期。


一个Ⅰ型文明发出的信号，可以拥有大到足以令其周围数千光年范围内任何一部射电望远镜探测到的能量。Ⅱ型和Ⅲ型文明统称为超级文明。对于这两种文明，其可探测范围甚至可以扩大到星系乃至整个宇宙。


根据这个划分标准，《星球大战》中的帝国水平介于Ⅱ型文明和Ⅲ型文明，其终极武器“死星”可以瞬间输出能量摧毁一颗行星，它能掌握的能量强度是Ⅰ型文明的100万亿倍。


4、机器人能替代人类吗？

除了绝地武士，《星球大战》中另一类主要角色是机器人，无论是饶舌的C-3PO还是呆萌的R2D2，都给观众留下难以磨灭的印象。


在太空里，机器人不都是意图与人类一争高下的。从给天行者卢克充当领航员的R2D2，到现实中默默跋涉的“玉兔”号月球车，机器人一直是人类探索太空的最佳助手。当这个助手的智慧与能力发达到一定程度时，会不会反客为主，完全取代人类在太空中的角色呢？从前苏联宇航员加加林进入太空以来，对人和机器人谁更适合探索太空的争论一直没有停止过。这种争论在“挑战者”号航天飞机和“哥伦比亚”号航天飞机失事后曾一度达到高潮。


航天员是一个高风险的职业。高真空、低重力、高低温变化……机器人不在乎这样的太空恶劣环境。与人最大的不同在于，机器人是可以被“牺牲”的。它们可以为某次太空任务专门设计、批量生产，前赴后继地完成一个使命，损毁或失踪并不带来伦理方面的难题。机器人的生存需要远比人类简单。而围绕着人，航天工程师们需要创造一个自给自足的小生态环境，氧气、水、食物、卫生设备乃至娱乐品都是必需的。


人因为疲劳或情感波动，会犯错误。在太空中，某些失误可能是致命的。但只要指令得当，程序稳定，机器人永远不会出错。它们不会忘记在执行任务前给自己充好电、也不会粗心把工具遗忘在太空变成轨道垃圾——这些都是航天员曾出现过的失误。


但机器人不是没有弱点。人超越机器人的最大特点在于人能够自主思维，而机器人往往拘泥于事先编制的程序。太空作业情况瞬息万变，以不变的程序应对万变的事态肯定不行。这也是迄今为止所有发射的无人太空探测器都要由地面人员进行遥控的原因。

类似探测火星的长距离的太空飞行中肯定会产生不少细节问题，而仅仅依靠事先设定程序的机器人根本无法应付各种突发事件。用华盛顿大学太空政策研究所约翰·罗格斯顿的话说：“我可以命令一个机器人为我端一杯咖啡，但它不会跨过地上的一张小纸片而摔个脚朝天。换句话说，机器人的应变能力有限。”


5、飞船与武器：骑士的马与剑，能造出来么？

飞船

在电影《星球大战》中，以亚光速飞行的宇宙飞船可以在小行星带中快速、灵敏地穿梭。NASA目前还无法实现这一技术，但如果降低飞船的飞行速度，我们还是有可能做到这一点的。其中的关键是用离子推进技术替代化学燃料火箭。电影中的宇宙飞船能够探测到前方的移动物体，并迅速做出反应，利用强大的离子推进器远离危险之处。在小行星重定向任务中，NASA使用了四台离子引擎，能够实现“低速推进”，让宇宙飞船在小行星带之间穿梭。而要想更进一步，我们需要更加强大和先进的动力系统，比如核聚变反应堆甚至反物质发动机。


战略威慑武器：死星

死星是银河帝国权力的象征，其“超级激光器”可以摧毁整颗行星。“超级激光器”之于死星，就像火炮之于坦克，是死星存在的意义所在。可以说死星就是一台巨大的、可以移动的有人操控的激光器。目前地球上威力最大的激光强度高达2拍瓦（petawatt)。即使奥德兰星球的体积只有地球的一半，但死星依然需要一千万亿倍该强度的激光才能将其摧毁。然而目前激光的能量利用效率极低，只有1%-30%，其余的能量都以热量的形式浪费掉了。这就意味着，在死星产生如此巨大能量激光的同时，也会产生大量的热。这些热量足以在死星发射激光的时候将其自身熔化。


在《星球大战》中，死星的产生源于银河帝国维持专制统治的“恐惧学说”。该学说认为，与其在臣服于帝国的所有星球上花费巨量的军事资源，不如用一次简单的行星毁灭演示，宣告帝国的军队将对任何反叛进行恐怖的镇压。死星是战略威慑武器，轻易不会动用，一旦出鞘，必是毁天灭地。这个功能与当今的核武器相似。


除了“超级激光器”，死星上还配备了1000门涡轮激光排炮、2500门激光炮、2500门离子炮和468个牵引光束发射器，并搭载了7200艘星际战斗机、四艘防卫巡洋舰、3600艘进攻穿梭机、1400辆AT-AT、1400辆AT-ST、1860艘空降船……建造并装备一颗死星的资源足可以建造一支太空舰队。死星是第一次世界大战“大炮巨舰”主义的太空翻版。它就像横行在海洋上的“无畏”级战列舰一样，装甲厚重火力威猛。但遇到新兴的航空母舰及舰载机，就毫无招架之力了。二战中美国、日本战列舰的命运就说明了这一点。所以在《星球大战》中，死星总是被小巧灵活的太空飞船炸毁。过于笨重的死星，不易防御来自多个方向的饱和攻击。昔日战列舰的命运，预示了死星的命运。


光剑

如果光剑的光刃也是用激光产生，同样面临着发热的问题，剑柄绝对会热得拿不住。绝地武士的这种标志性武器更可能是用等离子体制成，而不是用激光束。等离子体是物质的第四种状态。固体加热后会变成液体，液体再加热转变成气体，而气体再升温就能转化为等离子体。如果持续加热气体，气体原子获得的能量足够多，一些电子就会脱离原子，形成一种离子云——即等离子体。因为离子是带电的，因此等离子体可以用电磁力进行控制。为了让等离子体不会发散，需要有一个束缚电磁场，还需要在剑柄中安装能量源、冷却系统和稳定的等离子体源。但以目前的人类技术水平，要造出拥有绝地光剑功能的等离子体武器，上述设备非得塞满一座大楼不可。


6、原力也有科学的可能性？

要说《星球大战》里最神秘莫测的事物，一定是非“原力”莫属。原力的拥有者具备生理机能强化、意念移物、控制他人意念、释放原力闪电、防御外来攻击、预知未来等诸多能力。在《星球大战：新希望》中，卢克的启蒙老师欧比旺·克诺比这样解释原力：“它是所有生物创造的一个能量场，包围并渗透着我们。有着凝聚整个星系的能量。”


乍看起来，原力好像是一种与武侠小说中的“气”相仿的东西，是修炼者自身产生的。修炼不好，还会走火入魔，坠入原力的“黑暗面”。但原力没有这么简单，它是一个随着卢卡斯的想法不断变化的概念。


“原力”是《星球大战》的核心概念，是指一种银河系中自然存在的能量。这种能量在所有生命体中流动，并且拥有双面性：好的光明面和坏的黑暗面。


如何用科学解释神秘莫测的原力呢？它可能与万物之间最基本的作用力有关。欧比旺说原力“有着凝聚整个星系的能量”，能把所有天体凝聚起来的就是万有引力。尤达大师曾提到“我们的身体”也是依靠原力凝聚的，这种分子间作用力就是电磁力，把更小的原子核凝聚在一起的是强相互作用力。很可能，原力修炼者们已经统一了四种基本相互作用力，达成了爱因斯坦终其一生未能完成的物理学伟业——大统一理论。从这个角度出发，可以发现绝地武士的多数技能都可以得到科学的解释：

“生理机能强化”和“防御外来攻击”：通过提高分子间的电磁作用力，破坏身体结构所需要的能量就会更高。


“读心术”：探测和解读他人的脑电波。


“控制他人意念”：用特定频率的电磁波影响神经传输的电信号。


“意念移物”：电磁力和引力都可以做到移动物体。


但这还无法解释所有的原力现象，比如“预知未来”。这相当于来自未来的信息“穿越”回现在，被绝地武士感知到，是信息层面的时间旅行。许多科学家认为时间旅行的想法是有可能实现的。在量子层面上，测不准原理使我们无法同时准确测量出粒子的位置和速度。因此粒子可以在短时间内超越光速，甚至我们都意识不到。而且，从广义相对论推导出的虫洞假说也可以联系过去和未来。


虽然目前地球上还没有原力存在的证据，但我们可以检测原力与当前科学认知相违背的现象。真相可能是在量子层面上的——虽然我们可以描述发生了什么，却不清楚它为什么会发生、以及怎样发生。到上述谜团解开的时候，我们可能会发现宇宙令人着迷而又匪夷所思的真相，同时还会发现更多谜团。这就是科学激动人心且充满挑战之处。

阳光生命仔

就怕楼主有文化！

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星战军团

阳光生命仔 发表于 2016-12-16 18:38
就怕楼主有文化！

楼主是哈佛毕业。。。哈尔滨佛学院。

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