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星际迷航里的十大黑科技，哪些已经成为现实
丁丁大魔王
《星际迷航》真的是一档科学节目呢，还是一大堆满是“呀，奇才”这类毫无意义的幻想？人们能像最初的《星际迷航：原初》及其后续作品中一样，真的做到剧中所出现过的那些事情吗？或是那仅仅是现实中无法存在的高科技幻想？现实世界真能发展成那个有着无穷可能的世界一样吗，让人们乘坐豪华、庞大的星舰跨星系旅行，并以平等的姿态去会见那些迷人的外星物种？1976年，NASA 的第一架航天飞机“企业号”驶出 Palmdale 组装工厂，并接受 NASA 官方与《星际迷航》剧组的联合迎接。图中从左至右为：NASA 局长 James D. Fletcher 博士、“老骨”麦考伊博士的扮演者德福雷斯特·凯利、乔治·竹井（苏鲁先生）、詹姆斯·杜汉（主工程师蒙哥马利·“斯考迪”·斯科特）、妮雪儿·尼柯斯（乌胡拉中尉）、伦纳德·尼莫伊（斯波克）、《星际迷航》缔造者吉恩·罗登贝瑞、众议员 Don Fuqua 以及沃尔特·凯尼格（帕夫·切科夫）。Credits: NASA该剧最初的制作人吉恩·罗登贝瑞与后来的编剧们从我们已知的科学开始，并用它来填充这一有着各种神奇发明的技术框架，以此来支撑那些我们所喜欢的动作娱乐故事。罗登贝瑞对基本的天文学有所了解。他清楚，如果星舰飞得比光速慢的话，抵达最近的恒星都需要数十载的时间，那对于一部每周只有一小时的剧来说就实在太无聊了。于是他把“曲速引擎”加入剧中——该引擎通过扭曲爱因斯坦所构思出的时空连续体来驱动飞船。使用曲速引擎的飞船可在几小时或几天内就抵达一颗遥远的恒星，这样的故事将会契合人类的经典冒险，而不必再等上一生的时间来讲接下来的故事。罗登贝瑞打算让星系像现实中一样，跟我们相距遥远，进而想象出人类具备了触及他们的力量时的情形。为此，罗登贝瑞和其他编剧设计出了像传送器、医学射线以及全息舱这样的魔法，但把它们设定成科技设备，由未来人类进程中的工程师所打造出来的强力工具。他们展示给我们关于未来可能的愿景，这正是《星际迷航》一直能如此受欢迎的原因之一。剧的编剧并非真正的科学家，有时他们难免会弄错一些科学细节。举例来说，《星际迷航：下一代》中有一集，克洛夏医生与拉福吉先生被迫将他们所处船舱的空气排空，以此来扑灭舱内的火情。医生倒是不忘提醒拉福吉屏好气以在真空中尽可能长地维持住意识，直至舱内空气重新恢复。但正如深水潜水员所熟知的，在如此剧烈地减压期间屏住呼吸所导致的肺部破裂，极有可能杀死任何如此去做的人。肺部是无法承受这么大气压差的，因而只有不屏住呼吸的那些人才有可能存活下来。我还能说出许多类似的其他错误。（因为）我是一个物理学家，我的很多同事都看《星际迷航》。他们中的一些人会去想象某些假设出来的、完全符合科学的科幻剧，并因某些特定剧集中的科学错误或不可能事件而攻击《星际迷航》。这是不公平的。他们观看莎士比亚作品的时候就不曾抱怨，尽管他的喜剧更不可能通过如此严格的相同测试。精确的科学很少能给足构建一部剧所必需的兴奋感及精彩表演。《星际迷航》的剧集大体上都写得相当聪明，且相比其他任何科幻剧都更忠实于科学。《星际迷航》以其先进的科学与工程学，吸引并激励了一代又一代的观众；而它差不多还是唯一正面描写科学家与工程师的剧集，并且是作为榜样来描写的。所以我们还是原谅该剧史诗般的冒险中的极个别疏忽吧。所以，《星际迷航》的哪些细节说明一个对科学有兴趣的人径可乐在其中，而不必非再配上吉他？又有哪些细节恰当地标出了那些挑剔的批评家们？其实，剧中所提到的许多像 Wolf 359 这样的恒星系统都是真实存在的。尽管一般的编剧只会将它们编造出来了事。还有一些双星及太阳耀斑的漂亮的特效图片也是极其精准且极具教育意义的。最棒的精确描述与最糟的科学失误在该剧中都能找出来，这一状况早已是贯穿所有剧集的一个常态。以下所列的是《星际迷航》中的标准细，大体是以科学上不可信度递增的顺序来排的。通讯器如同星际迷航中的通讯器一样，如今的手机早已无处不在了，甚至都泛滥到一种烦人的程度，所有的用户都痴迷于搜集和交换各自的手机锁拍摄出来的照片或视频。想一想初期《星际迷航》中的登陆小组还只能给出口头报告，远不能像今天的人们一样发回照片或视频。舰载计算机今天的电脑能提供电子游戏给我们娱乐，而电影特效赫然更比最初《星际迷航》中的要精彩得多。电脑还能用来从数据库中搜索有关美国的数据，并挖掘数据用以找出罪犯与恐怖分子。而探测器上的移动电脑还可以帮我们探索火星或更远的深空。如今的电脑有能力为我们渲染出粗糙的“全息舱”式虚拟现实，还让我们得以使用对建筑业和制造业都有着重大影响的计算机辅助设计。而超级计算机们还有着针对天气和气候进行建模的先进艺术。因而在400年后的《星际迷航：下一代》的时间设定下，实现《星际迷航》中电脑的功能其实是相当合理的。（但有趣的一点是，《星际迷航》的创作者们并没有预见到互联网的出现，他们依旧专注于那种大型、孤立的计算机。）物质—反物质的生成这是《星际迷航》中最好的科学细节之一。物质与反物质的湮灭反应几乎必定是一艘星舰所能拥有的最为有效的强大能源，它在剧中的描述方式也还算正确——反物质（冻结状态的反氢）是通过磁场来处理的，决不允许通过普通物质去接触，否则就会爆炸！这是多么真实的物理学。只要我们不去理会有关双锂晶体的内容……抱歉，那部分确实是虚构出来的。微观质量的反物质最近已被创造出来，正被大力研究以推动物理知识的进步。但目前还无法生产出大量的反物质用作燃料或发电。冲量引擎这是基于核聚变的火箭引擎。我们尚未发展出这项技术——冲量引擎遥遥领先于我们当前的化学燃料火箭——但它确实属于真实、可行的未来工程技术之列。有些《星际迷航》剧集还提到过离子引擎。最近几十年，俄罗斯、美国、欧洲与日本的航天器已经在用离子推进器了，亦即霍尔效应推进器。这是目前已实用化的火箭技术中最为经济的一种，业已有能力把探测器送到我们太阳系的小行星或彗星上。仿生人机器人领域的一个重要研究机构是美国人工智能协会。在几年前的一次控制论会议上，协会主席被问及他技术领域的终极目标是什么。他的回答是“Data 少校”。创造出《星际迷航》的 Data 将是控制论领域一个历史性的壮举，其能否被做出来一直计算机科学上一个很大的争议。把一台具备自我意识的电脑放进一个人形的躯体内也许是可能的，让他们相信自己能够友好地同我们人类及人类的局限性共同生活或许也是有可能的。尽管这要远远超出我们当前的电脑技术，但也许不是绝无可能的。顺便提一句，Data 的“正电子”大脑电路是源自艾萨克·阿西莫夫为他小说中的机器人所虚构出来的电路。我们的医生可以用正电子来给我们的大脑或其他器官成像，但没有理由相信用正电子来做人工大脑会相当合适。因为正电子是反物质！阿西莫夫博士不过是编造出这个听起来高端的道具来支撑他的小说，他从未预计到人们会实实在在地去使用该术语。如今各种各样的玩具机器人和远程控制机器都已经出现。但人工大脑依旧遥遥无期。因为人类大脑中的思想被编码和传输的具体方式，仍旧只是一些粗浅的理解，正是这一点阻碍了真正的心灵感应技术被开发出来。不过，一些简单的脑机接口命令已能进行传输，使得残疾或瘫痪的人们可通过某些意念来控制假肢或机器。而更为复杂的脑机接口已在开发中。外星生物NASA 的开普勒望远镜以及其他的天文研究项目已经发现了3300多颗行星，另有近2500颗候选目标有待观测确认。正如《星际迷航》的创造者们所相信的，我们银河系中的行星常见的。有明显的迹象表明，银河系中有着很多适合生命存在的星球。尽管搜索仍在继续，但尚未出现得到确认的来自宇宙其他地方的智慧文明的无线电或可见光信号。我们对生物化学的理解有了一定的基础，现在大多数的科学家也都认为其他恒星系统的生命存在也是有可能的。因为地球生态圈的碳基生命中的化学元素在整个宇宙中是很常见的，银河系中向我们这样的生命体也有可能数量众多。我们可以去想象各种各样的智慧生物，有着任意数目的胳膊、腿、眼睛或是触须——也有可能远比我们聪明。似乎像《星际迷航》中那么常见的人形外星种族是值得怀疑的，但我们必定要让该剧在演员们所能演出来的外形上做出一些让步。像斯波克这样半人/半外星人的混合体真能存在吗？看起来是极不可能，但我们的科学家已经用 DNA 重组技术实现了种间杂交。斯波克的存在并非完全超出了生物化学上的现实，但绝对处于这一现实的边缘。传感器与三录仪我们有振动传感器、声纳、雷达、激光测距、各种各样光的波长检测器以及高能粒子探测器，还有比重计。我们还能用磁场或放射探测仪来对固体物品的内部进行简单的三维成像，比如人体。但《星际迷航》中的传感器和三录仪则有着很大的不同，且更多地展现为那些我们所没有的绘图设备。但通过想象力的延伸，三录仪的祖先可能正是我们今天所用的核磁共振成像设备。当检测太空中的遥远物体时，“进取号”的传感器必须使用更为先进（且虚构）的“子空间场”，因为船员们不可能有时间等到信号以光的速度抵达目标再折返回来。剧中并非所有的传感器都是真实可行的。而在地球上，LIGO 天文台已经探测到引力波的存在，使得科学家们得以研究十多亿年前遥远星系碰撞成黑洞的直接观测证据。引力波的证据证实了阿尔伯特·爱因斯坦的重力理论（广义相对论）。这是当前现代技术领域最为厉害的传感器。偏导护盾、牵引光束与人工重力我们知道如何用电磁场来偏转带电物体，而保护宇航员免受宇宙射线辐射的概念也来自于此。这是我们唯一所知的类似于“进取号”的强力护盾的物理方法。我们还能造出有着一定吸引力的大型磁铁，使用正确的电路来控制磁力的强度，我们可以把一些金属类型的物体拖出空间。但通过投射到某物上的光束来把它吸走就纯粹是想象了。人工重力是为“进取号”的船员提供他们所体验的正常重力环境。特别设计的磁场可实现一个类似的、效果要弱一点的功能，但那将严重破坏星舰上的金属设备。尝试搜索一下“悬浮蛙”的工作原理，你就知道这不是一个可行的、安全的重力替代品。我们还没有任何办法来创造出人工重力，生成人工引力子倒还可以考虑，但如何用当前的科技来做出引力子，任何人都毫无头绪。隐身设备粗糙的隐身设备如今已被开发出来了，但它们是由难以携带的超材料层所组成，只能在有限的颜色范围内隐藏微小物体的可见度。（超材料是由具备某种奇异光学特性的微电子阵列构成，不同于玻璃中常见的光学反射或折射。）新型的超材料无疑将提供出新的奇异效果，但它们似乎还是无法提供出全面的隐身能力。子空间通讯数十年前，数学家们在空间的连续性上发现了子空间的概念，科幻作家们就立刻占用这一术语来为它们的星际旅行需求服务，并以此来构思出一种能在空间、时间中迅速抵达其他点或其他“宇宙”的先进技术。这一概念如今也被用于物理学中，用在我们的时空有着11维或更高维度的理论之中——空间的三个维度、时间维度，再加上7个或更多“蜷缩”在亚原子尺度的维度，以便于解释物理学中基本力的秘密。但《星际迷航》中所用的“子空间”则与此无关，仅仅是让信号能像最快的超光速飞船一样传播而编造出来的概念。它只是在剧集设定内便于星际舰队之间传递信息的一个便宜概念，背后不存在什么真正的物理学。相位武器根据《“星际迷航：下一代”技术手册》，相位武器（Phaser）是相位能量整流器（PHASedEnergyRectification）的缩写。他们只是视觉上华丽的爆能束而已，没有更详细的物理解释。最初的概念是说，它们是以激光为基础而改进的下一代技术。从这个意义上说，它们不同于激光，它们只是空想出来的道具，起源自先前数十年的科幻作品中一代又一代的爆能武器。今天的军队已经用上相位枪式的眩晕武器，它是用微波来让目标的皮肤产生极端的不适感。而激光武器依旧处于开发阶段，但功能上已有很大改进。治疗射线《星际迷航》的克洛夏医生使用治疗射线来治疗她受伤的病人，他们的皮肤或骨骼接受照射后就能立即痊愈。这只是想象中的24世纪一个魔法般的医学奇迹。今天的外科医生会用激光来灼烧或密封某些组织，或是修复视网膜脱落。一些牙医也会用激光。确实存在一种黏合剂形式的东西，能像胶水一样把人类细胞结合在一块；还有用来暂时性保护伤口的合成皮肤。但身体的自愈速度通常是跟其他方法一样快。另一方面，已有证据表明，弱电流可以加速骨骼的愈合，因而类似于克洛夏医生所用的治疗过程也许到某一天会成为现实——尽管不会是即时痊愈。复制器今天，我们已经知道如何来创造微型芯片的电路，以及在某一表面上用原子探针“画”出纳米尺度的物体。我们还可以把单个或少量原子囚禁在特定的电磁场中进行实验。这是最接近复制器的现实技术。而像复制器一样以某种方式来大规模地生产物品，确实远远超出了当前的物理学。如今复制某些简单的结构是可以实现的，例如多层热打印技术就是靠堆积多层可硬化的液体来制作物品的。这对一杯可口的热伯爵茶来说，还不算是一个接受的替代品。传送器对于如何具体来造出这样一台传送设备，我们真的是毫无头绪。它使用光束将人体或物质分解为量子，并将量子传送到终点后重新组合出来——并直接跨越传输过程中的某些物理障碍。所有具形化的原子或分子都能极为精确地重现在正确的位置，并以正确的温度组合在一起，跟被传送者刚从传送器上消失时一模一样。当前的物理学尚未给出关于该传送技术原理的任何线索。亚瑟·克拉克的第三定律说，“在任何一项足够先进的技术和魔法之间，我们无法作出区分。”但我们也无法假定每项神奇的功能都可以通过非常先进的技术来实现。现在，少量原子或光子的传送确实已经实现。该方法的主要用途将是量子计算机的开发，该计算机有着极大的潜力来解决各种复杂的数学问题，速度也会极快。全息舱卡拉克的第三定律也适用于这一点。全息图是那些具备三维结构的图像。我们还无法想象如何在全息图中像组合光子一样来组装实体原子。今天我们仅拥有一些粗糙的虚拟现实环境。有趣的一点在于，在最初的《星际迷航》剧中，虚拟现实是非法的。剧中的虚拟现实是由先进的外星文明 Talosian 所发明的，该社会由于上瘾于他们无尽的幻想而被摧毁。星际联邦则对接触 Talosian 社会的公民施以私刑处罚。但在《星际迷航：下一代》中，全息舱中的虚拟现实却被视为一种重要的娱乐方式，并被安装在每一艘大型星舰上来为船员提供娱乐。宇宙翻译器在《星际旅行》的任意一部原声的电视剧或电影中，观者都很难听到英语外的外星语言。这是因为在剧情设定中，星际联邦广泛使用了宇宙翻译器的缘故。宇宙翻译器可以将所有的已知语言翻译为听者所懂的语言，对其余的未知语言亦可通过对简短几句话的分析而进行转换。星际舰队成员别在胸前的徽章内置有宇宙翻译器。曲速引擎这是星际联邦技术成就上的王冠。不管它在剧情上的作用大小如何，它确实违反了已知的最基本物理定律，这一点无可争论。《“星际迷航：下一代”技术手册》中对隧道场效应的解释所带来的问题比它所解决掉的还多。其中涉及到当今科学所无法解释的巨大能量释放与子空间场。然而，如果排除几乎不可能驳倒爱因斯坦理论的量子物理的革命性发现，曲速引擎就不可能存在。今天的物理学家基本都能很好地理解时空的连续性，而且没有东西能超越光速的理由也极其充分。但这一点并不阻碍像史蒂芬·霍金这样伟大的相对论与量子理论专家来享受《星际迷航》的乐趣。穿越虫洞与时间旅行物理学家约翰·惠勒在研究“爱因斯坦-罗森桥”的数学模型时，创造了“虫洞”这一术语。他指出，这些桥很像虫子钻过苹果后留下的洞。一只蚂蚁从苹果的一端爬到另一端，选择一是绕着苹果弯曲的表面爬上半圈，选择二则是抄苹果上的虫眼这条小路。想象一下在更高纬的空间里，如果我们所处的三维时空就像是苹果皮一样弯曲着的，那么穿越高维空间实体的“虫洞”，必然可以让我们更快地在三维空间中的两个点之间往返。但一个稳定的，可以穿行的虫洞的存在会让人十分困扰，因为这与已知的物理学定律相违背。我们目前没有任何证据表明它（奇异物质）存在。实际上很多人都认为它不可能存在，因为那样的话真空就会不稳定。而对于时间旅行，当前的科学不存在任何相关进展。所以，底线在于：《星际迷航》中的科技是真实科学与虚构科学的有趣组合，其中虚构的科学搜集自大量更早的故事，而编剧们每周所编造出来的东西让每一集都更具新意。真实的科学是为了忠于人类当前最伟大的成就，而虚构的科学则是增强头脑乐趣的娱乐场。《星际迷航》是科幻作品中唯一如此尊重真实科学的智慧之作。这就是为什么它能成为很多像我这样的科学家会定期观看的唯一剧集。
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