遙遠(yuǎn)銀河系中的科學(xué)

不少人都說《星球大戰(zhàn)》不能算科幻片，應(yīng)該是廣義的奇幻片?？墒抢锩嬗质秋w船又是克隆人的，頗能迷惑觀眾，讓我們以為未來的星際世界就該是這個樣。哪里知道真空中根本看不見激光束的軌跡，也聽不到嗖嗖聲；沒出過遠(yuǎn)門的主人公在風(fēng)景迥異的殖民星球到處亂竄也不戴個氧氣面罩；根本不需考慮空氣阻力的太空戰(zhàn)艦卻全都模仿水面艦艇的梭形外觀——科技硬傷多得可以寫一本書。雖然評論界就《星球大戰(zhàn)》應(yīng)該歸屬于科幻、奇幻還是神話喋喋不休地爭論了許多年，但這個系列電影畢竟包含了宇宙飛船、外星人、奇特的星球和高科技武器等科幻的典型元素。這些“科學(xué)”元素讓電影中的幻想看起來更逼真靠譜。然而這個“遙遠(yuǎn)的銀河系”里發(fā)生的事情究竟有多大可能性是真實(shí)存在的呢？

在1977年《星球大戰(zhàn)》第一部推出的時候，答案是“完全不可能”。隨著續(xù)集和前傳的上映，奇怪的事情發(fā)生了。科學(xué)開始追趕喬治·盧卡斯（《星球大戰(zhàn)》創(chuàng)造者）的想象?，F(xiàn)在，物理學(xué)家從理論上找出了進(jìn)行星際旅行的方法。最新的數(shù)據(jù)顯示系外行星和外星生命比我們之前所認(rèn)為的更加普遍。人工智能學(xué)家開始認(rèn)為，情感可能是制造智能機(jī)器人的關(guān)鍵要素。至于原力，一些科學(xué)家已經(jīng)有了實(shí)現(xiàn)原力功能的理論學(xué)說。

行星環(huán)境：文明搖籃

《星球大戰(zhàn)》中出現(xiàn)了形態(tài)各異的星球。有天行者的家園——沙漠星球塔圖因；有全由海洋構(gòu)成的行星；還有類似地球的行星。這些星球上常有文明種族的存在，有的智慧生物是原住民，有的則是外來戶。那么，具備什么特征的恒星系統(tǒng)才能擁有適宜生命生長的行星或衛(wèi)星呢？

宇宙這么大，什么樣的地方才有可能產(chǎn)生類似地球物種的生命呢？科學(xué)家提出了“生命宜居帶”的概念。生命宜居帶是指在恒星周圍可以產(chǎn)生生命，并且能夠維持生命長期存在的環(huán)形區(qū)域。

在這個區(qū)域內(nèi)的行星或衛(wèi)星，一定要有長時期穩(wěn)定存在的液態(tài)水。以地球?yàn)槔?，行星表面的水存在了?shù)十億年以上，才能保證生命誕生并演變?yōu)楦叩壬?。在一個恒星周圍的可居住區(qū)有內(nèi)邊界和外邊界之分。如果超越內(nèi)邊界，行星過于接近恒星，表面溫度太高，水都蒸發(fā)了，不利于生命發(fā)展。如果超過外邊界，離恒星太遠(yuǎn)的話，溫度太低，水處于冰凍的狀態(tài)，生命也無法存在和演化。

具體說來，對于冷的矮星（表面溫度3000攝氏度），要求行星至恒星的距離約為0.1個天文單位（天文單位是地球到太陽平均距離，約1.5億千米）；對于熱的巨星（表面溫度6000攝氏度，近似于太陽）大約為2個天文單位。其他溫度范圍的恒星演化太快，是不可能存在有利于生命存在的穩(wěn)定的溫度條件的。

另外，如果行星距其太陽恰好是1個天文單位，則要求行星質(zhì)量相當(dāng)于0.5～10個地球質(zhì)量。質(zhì)量太小，行星引力不足以保持維系生命存在的大氣，也就沒有了抵御致命宇宙輻射的保護(hù)層；質(zhì)量太大，又容易過度吸引氫、氦等氣體元素而形成木星那樣的氣態(tài)行星，使常規(guī)生命無法生存。

生命宜居帶還涉及恒星在星系中的位置。比如這顆恒星不能靠近一些太大的恒星，因?yàn)榇筚|(zhì)量恒星演化到最后階段會發(fā)生猛烈的爆炸，產(chǎn)生大量的輻射沖擊行星，可瞬間毀滅生命。因此恒星在銀河系中的位置也要恰到好處。

天文學(xué)家根據(jù)觀測結(jié)果推測，銀河系幾乎每顆恒星都有一顆行星環(huán)繞，所以整個銀河系約有1000億顆行星。這其中大約有17%——即多達(dá)170億顆——是大小與地球類似的行星。那么，這些行星中位于生命宜居帶的又有多少呢？答案是約10億顆。所以像《星球大戰(zhàn)》里呈現(xiàn)的千姿百態(tài)的宜居星球是非常合理的。

外星人：千差萬別

《星球大戰(zhàn)》中一個最有意思的地方就是奇形怪狀的外星生命頻繁出現(xiàn)?！斑b遠(yuǎn)的銀河系”中幾乎任何地方都有外星生命。你要么降落在它們中間，要么走在它們上面，要么被它們吃掉。天行者盧克第一次走進(jìn)那家小酒館的時候，我們對外星人的認(rèn)識以及科幻小說中描述它們的方式徹底改變了。我們不再會沉迷于單一的外星人形象。史蒂芬博士是愛達(dá)荷州立大學(xué)胚胎學(xué)教授，他對外星生命的存在滿懷希望：“一些生物學(xué)家認(rèn)為我們是一系列意外的產(chǎn)物，我認(rèn)為這個想法是十分荒唐的，它誤導(dǎo)我們相信宇宙除了我們這一丁點(diǎn)渺小的角落就是一片貧瘠全無生命，我們不過是恰好碰上了好運(yùn)。我認(rèn)為完全不是這樣?！闭J(rèn)為宇宙充滿生命的觀點(diǎn)似乎完美地反映在《星球大戰(zhàn)》的宇宙中，這里每個可供利用的地方都存在著生命。根據(jù)最近的發(fā)現(xiàn)，許多科學(xué)家越來越相信外星生命可能和地球生命不太一樣，也許超過了我們之前的設(shè)想，能夠生存在更寬泛的條件之下。

《哈姆雷特》中說：“天地之間有許多事情，是你的睿智所無法想象的”。這話用在外星生命上同樣成立。在地球上，數(shù)量最多的生命形態(tài)是微生物和昆蟲。外星生命也一樣，它們主要以微生物或初級生物的形式存在。具體到外星“人”，作為智慧生命，一定經(jīng)歷了漫長的進(jìn)化過程。它們可能生活在陸地上，有著軸對稱的軀體，但不限于四肢，可能像蜘蛛或章魚，有許多“手”，用來操縱工具。生活在水中的外星人因?yàn)橐粩嘤斡荆峙虏蝗菀走M(jìn)化出四肢，它們也許擁有智慧乃至復(fù)雜的社會關(guān)系，但很難發(fā)明各種工具，就像海豚那樣。

無論哪種形態(tài)的外星人，它們都會有發(fā)達(dá)的神經(jīng)系統(tǒng)和感官。感官會因環(huán)境而異。習(xí)慣暗環(huán)境的外星人能像蛇一樣感知紅外線，或像蝙蝠一樣聽到超聲波。感覺器官的不同，會導(dǎo)致容貌的千差萬別。要想在外星人身上發(fā)現(xiàn)符合人類審美習(xí)慣的“美”的元素，恐怕比較困難。

上面設(shè)想的都是類地行星上的碳基生命形態(tài)，可以從地球生命外推。其實(shí)在環(huán)境千差萬別的星球上，完全可以進(jìn)化出千差萬別的生命。比如硅基生命，它們也許移動速度緩慢，但思維速度大大超越人類，更趨近于電子計算機(jī)。還有人設(shè)想在木星那樣的氣態(tài)行星大氣層中，會存在水母一樣的氣球狀生命，靠氨氣為食，以閃光為交流手段。總之，生命就是能夠繁衍的物質(zhì)、能量與信息的有機(jī)組合，并沒有條條框框限制它的模樣。

機(jī)器人：奴仆或朋友

除了絕地武士，《星球大戰(zhàn)》中另一類主要角色是機(jī)器人，無論是饒舌的C-3PO還是呆萌的R2-D2，都給觀眾留下了難以磨滅的印象。如果你是義軍中的一員，想要一個機(jī)器人執(zhí)行秘密任務(wù)，哪一種機(jī)器人最有用呢？反重力機(jī)器人或仿昆蟲機(jī)器人似乎是最實(shí)用的方案。但是你可以想象C-3PO的腦袋安裝在陸行艇上，或者R2長六條蟑螂腿嗎？

從根源上說，把機(jī)器人（其實(shí)叫“智能機(jī)器”更貼切，英文“robot”一詞中并沒有“人”的意思）想象成人類的樣子是人類中心主義在作怪。各國神話中的神明也往往有人的樣子，即使有變化，也不過是人面蛇身（女媧），或是獸首人身（埃及神），脫不開“頭、軀干、四肢”的窠臼。人總是格外鐘情于與自己相似的東西。從這個意義上說，最新一部《星球大戰(zhàn)：原力覺醒》中出現(xiàn)的可愛機(jī)器人BB-8是個突破。它不再擬人，而是兩個球體疊加的結(jié)果。近四十年前，圓筒狀的R2-D2還有類似腿和手的存在，到了BB-8這里，一概取消了。這也反映了這些年間機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步。

機(jī)器人確實(shí)沒有必要長成和人一樣——只要能有效完成任務(wù)，何必非是人形。從生物力學(xué)的角度來說，相對于雙足直立行走而言，四足乃至六足、八足行走更為穩(wěn)定有效。如此看來，《星球大戰(zhàn)前傳》中出現(xiàn)的多足戰(zhàn)斗機(jī)器人采取了類似蜘蛛爬行的姿態(tài)行動，降低重心提高穩(wěn)定性，機(jī)動性也很好，可謂符合科學(xué)原理之作。

也許有一天人工智能可以具備與人差不多的學(xué)習(xí)能力和思維能力，屆時機(jī)器人從身體到智慧就會全面適應(yīng)太空生活，遠(yuǎn)遠(yuǎn)凌駕于人類之上。但這也帶來問題：這樣具有復(fù)雜思維乃至情感的機(jī)器人還能被簡單地看作“機(jī)器”嗎？派“它們”去冒險是否不那么道德？也許只有科技發(fā)展到《星球大戰(zhàn)》那個地步，這些問題才能有答案。

飛船與光劍：騎士的裝備

飛船

在電影《星球大戰(zhàn)》中，以亞光速飛行的宇宙飛船可以在小行星帶中快速、靈敏地穿梭。人類目前還無法實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，但如果降低飛船的飛行速度，我們還是有可能做到這一點(diǎn)的。其中的關(guān)鍵是用離子推進(jìn)技術(shù)替代化學(xué)燃料火箭。電影中的宇宙飛船能夠探測到前方的移動物體，并迅速做出反應(yīng)，利用強(qiáng)大的離子推進(jìn)器遠(yuǎn)離危險之處。在小行星重定向任務(wù)中，NASA使用了四臺離子引擎，能夠?qū)崿F(xiàn)“低速推進(jìn)”，讓宇宙飛船在小行星帶之間穿梭。而要想更進(jìn)一步，我們需要更加強(qiáng)大和先進(jìn)的動力系統(tǒng)，比如核聚變反應(yīng)堆甚至反物質(zhì)發(fā)動機(jī)。

從時間尺度上說，相對論的時間膨脹效應(yīng)會讓盧克和義軍推翻帝國的計劃難以實(shí)現(xiàn)。漢將死星的設(shè)計圖從塔圖因星送到雅文衛(wèi)星用了大概一天時間，但對于未進(jìn)行高速飛行的人來說可能已經(jīng)過了好幾年。在這段時間里，帝國完全有時間研發(fā)一種新武器，沒準(zhǔn)帝國皇帝在這幾年中老死了也說不定……

“千年隼號”進(jìn)行“超空間躍遷”所用的技術(shù)，也是愛因斯坦廣義相對論涉及的最奇特的旅行方式。就是在空間的兩個點(diǎn)之間開辟一條捷徑。這個隧道般的捷徑——即“蟲洞”——可以輕易抹去全部中間距離，讓你從起點(diǎn)直接跳到終點(diǎn)。

光劍

如果光劍的光刃也是用激光產(chǎn)生，會面臨著發(fā)熱的問題，劍柄絕對會熱得拿不住。絕地武士的這種標(biāo)志性武器更可能是用等離子體制成，而不是用激光束。等離子體是物質(zhì)的第四種狀態(tài)。固體加熱后會變成液體，液體再加熱轉(zhuǎn)變成氣體，而氣體再升溫就能轉(zhuǎn)化為等離子體。如果持續(xù)加熱氣體，氣體原子獲得的能量足夠多，一些電子就會脫離原子，形成一種離子云——等離子體。因?yàn)殡x子是帶電的，因此等離子體可以用電磁力進(jìn)行控制。為了讓等離子體不會發(fā)散，需要有一個束縛電磁場，還需要在劍柄中安裝能量源、冷卻系統(tǒng)和穩(wěn)定的等離子體源。但以目前的人類技術(shù)水平，要造出擁有絕地光劍功能的等離子體武器，上述設(shè)備非得塞滿一座大樓不可。

如果這些問題都能解決，等離子體柱就足以成就一把合格的光劍。這種銳不可當(dāng)?shù)牡入x子體溫度大概是93萬攝氏度，密度是我們目前能創(chuàng)造的等離子體的1000萬倍。不幸的是，劍體還會向周邊輻射熱量，足以烤焦周圍的物體。在這種情況下，盧克可能更傾向于將光劍郵寄給達(dá)斯-維達(dá)，然后通過遠(yuǎn)程遙控激活，燒他個措手不及。

原力：人體科學(xué)

要說《星球大戰(zhàn)》里最神秘莫測的事物，一定是非“原力”莫屬。原力的擁有者具備生理機(jī)能強(qiáng)化、意念移物、控制他人意念、釋放原力閃電、防御外來攻擊、預(yù)知未來等諸多能力。在《星球大戰(zhàn)：新希望》中，盧克的啟蒙老師歐比旺·克諾比這樣解釋原力：“它是所有生物創(chuàng)造的一個能量場，包圍并滲透著我們。有著凝聚整個星系的能量?！?/p>

乍看起來，原力好像是一種與武俠小說中的“氣”相仿的東西，是修煉者自身產(chǎn)生的。修煉不好，還會走火入魔，墜入原力的“黑暗面”。但原力沒有這么簡單，它是一個隨著盧卡斯的想法不斷變化的概念。

“原力”是《星球大戰(zhàn)》的核心概念，是指一種銀河系中自然存在的能量。這種能量在所有生命體中流動，并且擁有雙面性：好的光明面和壞的黑暗面。

如何用科學(xué)解釋神秘莫測的原力呢？它可能與萬物之間最基本的作用力有關(guān)。歐比旺說原力“有著凝聚整個星系的能量”，能把所有天體凝聚起來的就是萬有引力。尤達(dá)大師曾提到“我們的身體”也是依靠原力凝聚的，這種分子間作用力就是電磁力，把更小的原子核凝聚在一起的是強(qiáng)相互作用力。很可能，原力修煉者們已經(jīng)統(tǒng)一了四種基本相互作用力，達(dá)成了愛因斯坦終其一生未能完成的物理學(xué)偉業(yè)——大統(tǒng)一理論。從這個角度出發(fā)，可以發(fā)現(xiàn)絕地武士的多數(shù)技能都可以得到科學(xué)的解釋：

“生理機(jī)能強(qiáng)化”和“防御外來攻擊”：通過提高分子間的電磁作用力，破壞身體結(jié)構(gòu)所需要的能量就會更高。

“讀心術(shù)”：探測和解讀他人的腦電波。

“控制他人意念”：用特定頻率的電磁波影響神經(jīng)傳輸?shù)碾娦盘枴?/p>

“意念移物”：電磁力和引力都可以做到移動物體。

但這還無法解釋所有的原力現(xiàn)象，比如“預(yù)知未來”。這相當(dāng)于來自未來的信息“穿越”回現(xiàn)在，被絕地武士感知到，是信息層面的時間旅行。許多科學(xué)家認(rèn)為時間旅行的想法是有可能實(shí)現(xiàn)的。在量子層面上，測不準(zhǔn)原理使我們無法同時準(zhǔn)確測量出粒子的位置和速度。因此粒子可以在短時間內(nèi)超越光速，甚至我們都意識不到。而且，從廣義相對論推導(dǎo)出的蟲洞假說也可以聯(lián)系過去和未來。

雖然目前地球上還沒有原力存在的證據(jù)，但我們可以檢測原力與當(dāng)前科學(xué)認(rèn)知相違背的現(xiàn)象。真相可能是在量子層面上的——雖然我們可以描述發(fā)生了什么，卻不清楚它為什么會發(fā)生，以及怎樣發(fā)生。到上述謎團(tuán)解開的時候，我們可能會發(fā)現(xiàn)宇宙令人著迷而又匪夷所思的真相，同時還會發(fā)現(xiàn)更多謎團(tuán)。這就是科學(xué)激動人心且充滿挑戰(zhàn)之處。

【責(zé)任編輯：楊楓】