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科技,迷航在星際間

科技,迷航在星際間

作者:趙洋

違背測不準原理

2012年,紐約大學的兩位物理學家研發出一項具有科幻色彩的新技術,用光束將粒子移動到光束的源頭。這不免讓人聯想到牽引波束。「進取號」飛船的船員經常利用牽引波束拯救陷入危難的友好飛船或者捕獲敵方飛船。但目前科學家所能做的,只是利用基於激光的「鑷子」型裝置在二維尺度下將粒子拖拽微小的距離。研究中,他們利用這項技術讓懸浮在水中的微小硅球移動30微米。當然,這種波束還不足以捕獲一艘太空戰艦,但它提供了一種將科幻變成現實的可能。NASA已表示對該研究產生興趣。
「現實扭曲力場」的概念來源於《星際迷航》,特指外星人通過精神力量建造了新世界。編劇在《星際迷航》中幻想出來的未來科技,日益引起科學界的關注,該劇集本身就形成了一個現實扭曲力場,不斷影響著新科技的研發。
雖然許多在《星際迷航》中首次出現的技術已經成為現實,但「光波傳送系統」仰賴的瞬間轉移技術可能永遠都不會實現,因為它不但違反物理規律、超越自然的極限,更會引發難解的社會問題。如果你非要達成瞬移,不妨先來看看要面臨的這些挑戰,包括:海量信息的存儲、衝擊波……以及如何應對可能出現的「另一個你」?

海量信息存在哪裡

著名物理學家史蒂芬·霍金指出:《星際迷航》這樣的科幻電影不僅妙趣橫生,而且有著嚴肅的目的,那就是要豐富人們的想象力。我們可能不敢大胆到前人未到過的地方去,但至少可以想象一下。我們可以探索人類精神對未來科學的發展會做出什麼樣的反應,我們可以推測這些發展會是什麼樣子。科幻作品與科學之間存在著一種雙向交流。這種交流的最著名例子是NASA建造出第一架太空梭后,應公眾要求將其命名為《星際迷航》中飛船的名:「進取號」。
話說回來,假如瞬間轉移技術真的跨越了各種技術障礙,得到廣泛應用,那麼,「人體冷凍」之類的技術也可以休矣。

倫理困境

九_九_藏_書間轉移的前提是能夠掃描出人體的全部信息,並根據這些信息複製人體及其精神。這樣任何人都可以不斷給自己「存檔」。萬一遇到重傷、意外死亡等不幸事件,就可以重新「讀取進度」,根據原有信息複製一個原來的自己出來。也許人人都願意過這樣「糾錯性」很強的生活:感情失敗,沒關係,消滅自己再還原一個未墜入愛河的我;債台高築,消滅自己再複製一個尚未舉債的我……甚至有人只是為了嘗試不一樣的人生道路就不斷自殺並復活自己。然而,如此帶來的社會問題比克隆人只多不少。
衝擊波出沒,注意!
說起來,避免「進取號」內爆的唯一辦法是將「轉移室」抽成真空,船員要穿起宇航服才能在這樣的環境中生存,但在影片中,那些通過瞬間轉移技術旅行的船員並沒有穿宇航服——或許他們也忘了。
科幻通過構造未來場景,營造了新技術的舞台。翻蓋手機就是一例。通信器翻開蓋子后要像對講機一樣轉動旋鈕調整頻段,這個道具在《星際迷航:原初》中出現頻率極高。40年後,翻蓋手機果然大行其道。摩托羅拉公司研發中心主管馬丁·庫珀在20世紀70年代初設計了第一部手機,他將自己的發明靈感歸功於科幻劇《星際迷航》里的通信器。庫珀說:「對我們來說,那並不是白日夢,而是一個奮鬥目標。」由此可見《星際迷航》道具設計的魅力。
「瞬間轉移」的科學基礎是有的,1997年,奧地利科學家已經在實驗室實現光子的瞬間移動。1997年,奧地利蔡林格小組在室內首次實驗,成功地把一個光子的任意極化態完整地傳輸到另一個光子上,完成了量子態隱形傳輸的原理性實驗驗證。2004年,該小組利用多瑙河底光纖通道,成功地將量子態隱形傳輸距離延長到600米。
20世紀60年代,編劇吉恩·羅登貝瑞創作《星際迷航》電視劇時曾經考慮:「從行星軌道降落到行星上,如果乘坐飛船著陸,會佔用電視劇中太多的時間,我們必須想一個更簡單的方法來解決這個問題。」
思想行https://read.99csw.com者凱文·凱利曾指出,「技術如何可以讓社會變得更好?只有一個方法:通過給每個人提供機會。」通過大批量生產,廉價而且容易上手的消費電子設備讓更多人享受到科技在手的樂趣。《星際迷航》對這類微型電子設備在電視屏幕上的大規模集中呈現,起到了推波助瀾的作用。從普及技術應用的角度來看,微型電子設備的大量湧現,與歷史上的福特T型車和蘋果2電腦一樣,普及了原本屬於小眾玩家的技術。從這個意義上說,《星際迷航》堪稱一部影像版的《未來消費電子手冊》。
想想看,原本空無一物的「轉移室」瞬間多出一個物體,這個物體必然要排開它佔有空間原有的空氣,這就形成了可怕的衝擊波。之所以說「可怕」,是因為普通炸藥的爆炸衝擊波傳播速度一般在2000~9000米/每秒之間。由於物體「瞬間」出現,那麼物體排開空氣的速度將是無窮大!由於反應速度太快,瞬間釋放出的能量來不及散失而高度集中,會產生極大的破壞作用。
他想到一種把人分解后再組合的方法,即「瞬間轉移」,這個過程在片中只需要5秒鐘。可以想見,如果瞬間轉移技術在現實中真的出現,將堪稱交通工具的革命。想象一下,在磁懸浮列車和噴氣式飛機的時代,誰還會選擇乘牛車長途旅行呢?同樣,如果未來真有瞬間轉移系統,那些宇航員為什麼還要費力乘飛船上太空,瞬間轉移到另一個星球不就萬事大吉了嗎?
今天的科學幻想往往成為明天的科學現實。構成《星際迷航》基礎的各式科技確實值得我們探索。如果僅僅將視野局限在地球上,人類文明的「生生不息,繁榮昌盛」又該從何談起呢?
《星際迷航》中有一個反覆出現的經典鏡頭:主角史波克進入「光波傳送系統」,在很短的時間內人體漸漸淡化,直至消失;與此同時,在遙遠地方的接收裝置里,這個角色毫髮無缺地冒出來,還保持著被傳送時的表情和動作。
「瞬間轉移」可以分為兩種方式:「依照信息複製物體」和「依照信息還原物體」。可不要read.99csw.com小看「複製」和「還原」之間的微妙差異,它們代表了完全不同的技術路徑。一旦用於活人的傳送,兩種方式的棘手程度則難分伯仲。
乍看起來,「還原式」的瞬間轉移技術免除了兩個互為鏡像的活人共同存在的尷尬,彷彿更具優越性(這也是《星際迷航》里採用的方式)。
2013年,英國科學家研製了一種防護罩,目的是保護飛船和宇航員免遭有害的宇宙輻射侵襲。他們計劃在飛船周圍打造一個防護罩,模擬地球上的磁場,對飛船以及宇航員進行保護。這個防護罩被他們稱為「迷你磁氣圈」,其靈感來源正是「進取號」的能量護盾。
套用《星際迷航》中的格言:瞬間轉移是一個「前人所未至的領域」,風險與機遇並存。而且由於理論和技術的限制,這很可能將是一個「無人能至的領域」。

現實扭曲力場

2016年9月8日,是《星際迷航》(Star Trek)系列科幻劇50歲的生日。50年前的這一天,「進取號」飛船首次出現在電視熒屏上。這部經久不衰的科幻系列,已衍生出十二部電影、上百種包括小說、電視劇、動畫、遊戲在內的各式文化產品,形成了一個自洽的世界。它有自己的外星語言、文化體系、生存規則,以及天量的粉絲。半個多世紀過去了,《星際迷航》的故事和元素在現實世界中實現了「生生不息,繁榮昌盛」。作為科幻作品,其中出現的各式科技也一直為人津津樂道,其影響力也遠遠超出科幻圈。
《星際迷航》中,「進取號」上正物質和反物質的湮滅反應過於強烈,所以未來人類用他們所知的唯一不與反物質反應的正物質「二鋰晶體」加以控制。這就像用重水和石墨控制核裂變一樣,編劇吉恩·羅登貝瑞的靈感就來源於此。
但是,由原子組成的人可不比單個的光子。要轉移一個人,務必要保證組成人體的每個部分都在正確的位置上。對物理學家來說,這個問題可以簡化為「轉移海量的原子,並保證每個原子都在合適的位置上」。不幸的是,構成一個人的原子數高達1028個。為https://read.99csw.com了保證傳輸過去還是本人,需預先測定每個原子所在的位置——而每個原子至少需要三個維度的坐標——還要知道電子佔有的能量位、原子之間的結合強度和分子的運動狀態等附加信息。這樣算來,要存儲所有這些信息,每個原子就大約需要1千位元組,一個人的信息量就有1028千位元組——為了對這個天文數字有些感性認識,讓我們用天文單位來衡量它:如果把這些信息儲存進普通的500G台式機硬碟,再把這些硬碟一塊一塊摞起來,我們將看到一條長達70光年的硬碟長城——相當於地球到織女星距離的三倍……我想,《星際迷航》的編劇可能忘記在「進取號」上開闢專門的艙室裝載這些硬碟了。

未來消費電子手冊

即便在技術上得以實現,「瞬間轉移」還要面臨糾結成一團亂麻的倫理問題。
微軟開發的虛擬頭戴式企業號設備HoloLens的命名,也是向《星際迷航》中的全息甲板(holodeck)致敬。至於用來監測放射性讀數、化學污染、生命跡象的三錄儀,在污染防不勝防的當代,誰不想擁有一台?
最近一段時間以來,我們不時能在新聞里看到,市場上即將推出有《星際迷航》中三錄儀、翻譯機、複製機等功能的設備。其實,手機、平板電腦、虛擬現實設備、無接觸式醫療、3D列印等成熟技術,都能在《星際迷航》中看到原型。
「依照信息還原物體」,是指位於A點的人體物質被全部轉化為量子化信息,將這些信息發送到B點后再進行人體的精確還原。這裏的重點在於「轉化」。物質轉化量子態的過程,也就消滅了人體的實物化存在。組成人體的所有粒子被拆散,發到B點的接收端后再重新組裝,其過程類似於先用碎紙機把寫有文字的紙張粉碎,然後根據紙張、油墨的化學組成以及每個碎片的相對位置關係,再複原出一張與原來的紙一模一樣的新紙來,上面的文字、紙的質地、油墨的濃度等絲毫沒有改變。這種「異地還原」的傳送效果,類似於《機器貓》中的「任意門」或在科幻作品里經常出現的「蟲洞」。
read.99csw.com好吧,我們假設摩爾定律(晶元上可容納的晶體管數目,每隔18個月便會增加一倍,性能也將提升一倍)一直在發揮作用,未來電腦的存儲器已經可以輕鬆存入這麼些信息,但把船員轉移回飛船,還是有可能發生毀滅性的爆炸。
比如,在美國亞拉巴馬州亨茨維爾的航空物理研究中心,NASA、波音和橡樹嶺國家實驗室正在協力研發核聚變脈衝火箭發動機。雖然不是曲速引擎,但它能比現有技術極大的提升航天器飛行速度。該中心科學家預計到2030年,脈衝核聚變引擎會成為現實。它能在不到六星期的時間里把飛船從地球送到火星。他們選擇的聚變燃料是氘和鋰-6晶體。技術發言人羅斯·考特說:「我們使用二鋰晶體」。二鋰晶體,聽起來太棒了。
其實,「瞬間轉移」真正挑戰的是宇宙的極限。根據劇情,它能將人體或物質分解為海量的量子,並將這些量子傳送到終點后依照原樣組合起來。這就違反了量子力學中的測不準原理:一個微觀粒子的位置和動量不可能同時具有確定的數值,其中一個量被測量得越準確,另一個量的不確定程度就越大。也就是說,我們無法精確測定一個微觀粒子的狀態,更不用說組成人體的那麼多粒子了。因此,電視劇版《星際迷航》虛構了一種「海森堡補償器」來迴避其對測不準原理的違背。
「依照信息複製物體」即把位於A點的人體信息傳遞到B點,然後在B點根據這些信息複製出一模一樣的人。這時就出現了問題:位於A點的人依然存在,如何對待這個活生生的人?消滅他/她,于情於法都不合理;讓他/她繼續存活,則在宇宙中同時存在兩個一模一樣的人,他的財產、權利、社會關係……該如何分享?
其實不然。傳遞信息存在風險:如果數據流出現丟失、中斷、干擾怎麼辦?沒有人希望經過瞬間轉移后少了點什麼身體零件。如果因為失誤或者敵方破壞,在其中加入「病毒」數據,難免不「還原」出一個身體或精神與原型迥異的怪物。如此迅捷但危險的旅程,恐怕只有大無畏的星艦隊員才敢嘗試吧。

瞬間轉移的技術問題