2014：科幻成真

趙洋

一、全頻帶阻塞干擾

在戰(zhàn)場電磁干擾形式的選擇上，本手冊主張采用對某一特定頻率或信道所進行的瞄準式干擾，而不主張同時干擾一個較寬頻帶的阻塞式干擾，因為后者對己方的電磁通訊和電子支援措施也會產(chǎn)生影響。

——摘自1993年美國陸軍《電子戰(zhàn)手冊》（劉慈欣：《全頻帶阻塞干擾》，2001）

反恐戰(zhàn)爭開始以來，美軍在阿富汗戰(zhàn)場上擁有絕對的制空權(quán)。對于坐著直升機進入戰(zhàn)區(qū)的美軍士兵來說，山中恐怖分子攜帶的肩扛式地對空導(dǎo)彈曾是唯一的威脅。但是，當(dāng)一架CH-47“支奴干”直升機在一次救援行動中遭遇神秘失敗后，研究人員把威脅范圍擴大到了非人為可控的領(lǐng)域。

這次失敗導(dǎo)致了大量人員傷亡。受挫的海豹突擊隊報告稱這一任務(wù)的失敗源于通信問題，美軍的地面人員在被敵人圍困后呼叫了救援，但是救援直升機根本沒來。“支奴干”直升機的機組稱，自己沒有收到求援消息。難道塔利班和基地組織掌握了高級無線電干擾技術(shù)？

但美國宇航局認為，最大的威脅可能并非來自地面的武裝分子，而是來自天上。在該行動進行時，太陽正發(fā)生一場超級風(fēng)暴，洶涌而至的輻射和粒子流對地球的電磁環(huán)境造成了巨大影響，在地球大氣層中形成了等離子體氣泡，從而對無線電通信造成強干擾。科學(xué)家進一步研究發(fā)現(xiàn)，等離子體氣泡可形成大約100千米寬的干擾區(qū)域。這種氣泡當(dāng)然是肉眼不可見，但卻可以散射無線電波，使正常通信受到干擾。所以，在這次事件中，直升機與軌道通信衛(wèi)星之間的通信受到等離子體氣泡干擾，致使直升機與地面人員之間的通信被阻斷，形成通信黑域，這個現(xiàn)象對于復(fù)雜的戰(zhàn)場環(huán)境而言是致命的。

一個偶發(fā)的太空天文現(xiàn)象可能對軍事行動構(gòu)成致命的威脅，并導(dǎo)致任務(wù)失敗、人員傷亡。如果太陽活動在未來變得更加狂暴，無線電通信被阻斷的情況增多，會引發(fā)怎樣的軍事變化？軍方會主動向敵方施加這種干擾嗎？再讀讀《全頻帶阻塞干擾》一文，相信你會得出自己的結(jié)論。

二、猩球崛起

也許這個星球上的居民，也就是剛才看到的那座城市里的文明人，經(jīng)過幾代的努力和耐心的選擇，終于培養(yǎng)出一批行為多少有點理性的猴子？在地球上，畢竟也有一些黑猩猩能完成驚人的技巧。于是，這些居民就利用它們做一些粗重的工作，諸如我經(jīng)歷的這場狩獵？

——皮埃爾·布爾：《猿猴世界》，1963

除了人類之間綿延不絕的沖突，2014年夏天《猩球崛起2：黎明之戰(zhàn)》在大銀幕上再次掀起了人類與其他物種沖突的熱潮。

人類自認為是地球上最具智慧的生物。然而，科學(xué)家一次又一次地向世人證明，很多動物其實都具有非凡的智慧。

在心理學(xué)家科林·卡默勒和松澤哲郎2014年所做的研究中，黑猩猩和人類玩了一回戰(zhàn)略游戲。游戲的結(jié)果頗為出人意料：黑猩猩勝出，人類則甘拜下風(fēng)。在游戲中，黑猩猩組和人類組通過雙人電子游戲進行對決。在這種類似象棋或撲克的競爭類游戲中，游戲者須根據(jù)對方之前的選擇推斷其下一步舉措，從而實時改變策略以勝出。理想化的游戲?qū)⒊尸F(xiàn)出特定的模式，運用博弈論的數(shù)學(xué)方法可以輕松推斷這一模式。當(dāng)雙方都做出最優(yōu)選擇時，游戲就會出現(xiàn)所謂的“均衡”狀態(tài)。

實驗顯示，黑猩猩的游戲選擇幾近最優(yōu)，它們的選擇更貼近博弈論中的均態(tài)。而人類的選擇與理論推斷則相差甚遠。研究結(jié)果顯示，黑猩猩具有非凡的記憶力和策略思維，這使它們的表現(xiàn)超越人類。

非凡的記憶或許是黑猩猩表現(xiàn)出色的主要原因。研究顯示，兩歲大的黑猩猩能夠在0.2秒內(nèi)記住隨機數(shù)字圖形。這種記憶精確度在人類幼童中十分罕見，成人則基本不具備這種能力。人類大腦負責(zé)認知的腦皮層擁有200億個神經(jīng)元，而黑猩猩只有60億個。這意味著人類大腦擁有黑猩猩所沒有的高級功能，例如語言。然而，擁有這樣發(fā)達的大腦，就必須犧牲一些東西，比如精細的記憶和戰(zhàn)略思維。

無獨有偶，先前被猩猩康復(fù)中心收留的紅毛猩猩“梅戈”，于2014年早些時候重返印度尼西亞野外。這只猩猩在過河之前，小心翼翼地用一根長長的樹枝插入水中以測量深度，待確定可以安全渡過后才慢慢向前。途中，梅戈不小心把樹枝弄掉了，它意識到?jīng)]有樹枝測水深，過河很危險，于是不情愿地轉(zhuǎn)身原路返回。猩猩有這種行為并不奇怪，類人猿被認為是除人類以外最聰明的靈長類動物。它們98%的DNA與人類一樣，因而它們與我們的相似之處也很多。它們的適應(yīng)力和創(chuàng)新能力都強，很少有它們無法逾越的障礙。

猿猴要逾越的最新障礙是獲得“法人地位”。2014年10月8日，紐約地方法院開始審理黑猩猩法人地位上訴案。2013年末，“非人類權(quán)益組織”負責(zé)人史蒂文·懷斯為黑猩猩湯米向當(dāng)?shù)刈罡叻ㄔ禾峤环晌募?，要求法院動用“人身保護令”將湯米作為法人對待，讓其享受有限度的自由權(quán)。懷斯說：“人應(yīng)該有點常識，如果他們看過這只黑猩猩30年來的住處，那他們會為它現(xiàn)在住的地方高興得上蹦下跳?！钡ㄔ厚g回了首次訴訟，懷斯隨即提起了上訴。懷斯認為黑猩猩在認知和遺傳上與人類相近，它們應(yīng)該擁有人身自由的基本權(quán)利。該組織要求的法律援助曾有先例。2008年，西班牙議會授予黑猩猩一定的法律權(quán)利。另外，包括印度在內(nèi)的其他一些國家的零星努力也曾取得一定成效。

三、天堂的噴泉

到了夜間，肉眼可以更加清楚地看到導(dǎo)帶。當(dāng)夕陽西沉、各種信號燈打開以后，導(dǎo)帶便成為一條細細的、輝耀奪目的光帶，它向著高處射去，消失在星空的掩映之中。它已經(jīng)成為全世界最偉大的奇跡。在摩根禁止外人進入工區(qū)之前，參觀者的無盡人流就從來沒有間斷過。這些被不知是誰開玩笑地稱為“朝圣者”的人們，絡(luò)繹不絕地前來朝覲圣山上的這一最新奇跡。

——阿瑟·克拉克：《天堂的噴泉》，1979

以往人們都認為，碳納米管是制造太空電梯的最佳材料。直到2014年9月，一篇發(fā)表在《自然·材料》期刊的論文顛覆了這一認識。這篇由美國賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)家撰寫的論文給出了如何制造“鉆石納米線”的方法。

鉆石納米線幾乎沒有厚度，它僅由幾個原子構(gòu)成，比光學(xué)纖維細幾十萬倍。其核心由鉆石的基本單位結(jié)構(gòu)連接而成——碳原子以四面體結(jié)構(gòu)首尾相連，外圍包著一層氫原子。該研究負責(zé)人、賓州大學(xué)化學(xué)教授約翰·拜丁說：“該方法就像……把最小的鉆石串在一起，組成微小的鉆石‘項鏈’。因為線的中心是鉆石，我們推測它可能具有超凡的硬度、強度和廣泛的用途。”事實上，鉆石納米線的強度和硬度都超過了目前最強的納米管和聚合材料。具有極高強度、硬度又極輕的材料有著廣泛的潛在用途，從省油的汽車到科幻式的太空電梯，不一而足。

近一個世紀以來，人們想把獨立含碳分子（如液體苯）壓縮成一種有序的類鉆石納米材料，一直未能成功。這次，研究人員動用了橡樹嶺國家實驗室的大型高壓裝置，壓縮了含6個碳原子和6個氫原子的苯分子。在壓縮過程中，扁平的苯分子堆積在一起、彎曲、斷裂，然后隨著壓力的緩慢釋放，原子以一種完全不同、卻仍高度有序的方式重新連在一起。碳原子形成四面體結(jié)構(gòu)，氫原子“掛在”外面，四面體互相連接，形成了細長的納米線。制造納米線所需的高壓限制了它的生產(chǎn)規(guī)模，目前一次只能生產(chǎn)幾立方毫米，所以還不足以用于工業(yè)量級。下一步的目標(biāo)是解決這個制造難題，讓鉆石納米線能在更易實現(xiàn)的條件下生產(chǎn)。

拜丁說，用苯分子的自然排列引導(dǎo)形成這種新的鉆石納米線，也讓以碳氫為基礎(chǔ)制造更多其他類分子成為可能，比如添加其他原子，讓它們與納米線結(jié)合。通過擠壓預(yù)先設(shè)計的液體配方，就能造出大量不同的材料。鉆石納米線可以使許多行業(yè)獲得巨大改進，比如超強而輕質(zhì)的線纜，使建造三萬多公里長的太空電梯成為可能。

四、星際迷航

宇宙，人類最后的邊疆。這是星艦“企業(yè)”號的航程。它持之以恒的任務(wù)，是去探索未知的新世界，找尋新的生命和新的文明，勇敢地航向前人所未至的領(lǐng)域。

——電影《星際迷航》，1979

科幻電影《星際迷航》中曾經(jīng)提到一種沖量引擎，它無需化學(xué)燃料即可驅(qū)動飛船飛行?，F(xiàn)在，美國宇航局的一個研究團隊號稱證實了這種引擎的可行性。

2014年7月末，在第50屆聯(lián)合推進技術(shù)大會上，來自美國宇航局約翰遜航天中心的研究團隊展示了這一引擎的測試結(jié)果。該團隊報告稱，他們探測到引擎產(chǎn)生的30至50微牛頓的推力，相當(dāng)于讓一根羽毛飄浮起來所需的力量?？紤]到他們的裝置是一個能測量一微牛頓力的扭擺，這個力已經(jīng)算是不小了。這就像是用一個精確到20克的廚房秤來稱東西，結(jié)果讀數(shù)為一公斤。也就是說，有東西讓指針發(fā)生了顯著移動。

這種引擎的概念來自于物理學(xué)家麥克斯韋1871年進行的一項計算，他提到光子會施加一種微小但可測的壓力。各國航天機構(gòu)已經(jīng)計劃發(fā)射擁有巨型太陽帆的空間探測器，憑借太陽風(fēng)將其吹送到太陽系中最邊遠的地方。歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)顧問羅杰·索耶把這個構(gòu)想推向了新高度，提議利用這種力量制造引擎?；驹硎?，沿著一條管道反射微波，管道長度與微波頻率相對應(yīng)，可使兩者相互加強。若一端較寬，那么微波在管壁的反射次數(shù)減少，因此可對這一端施加更大的力量。如果微波引擎真的取得成功，其影響將是革命性的。它將首先被應(yīng)用于衛(wèi)星，利用太陽能電力來驅(qū)動微波引擎，大幅削減交通工具的燃料成本，“讓機翼與輪子壽終正寢”。

然而，科學(xué)家們紛紛站出來給這篇論文潑冷水，他們認為該引擎違反了動量守恒定律。他們將Cannae Drive（名稱源于“企業(yè)”號飛船首席工程師口頭禪：“物理定律是不能改變的”，又稱電磁引擎）與之前的常溫核聚變和超光速中微子相提并論，認為其根本不可能實現(xiàn)。加州理工學(xué)院物理學(xué)家肖恩·卡羅爾說：“通過量子真空虛擬等離子體實現(xiàn)推進式動量傳遞是荒謬的技術(shù)囈語，比《星際迷航》中的科幻想象更不實際?！?/p>

雖然部分解釋讓人無法信服，但Cannae Drive的實驗結(jié)果卻令人好奇。論文的作者說，此實驗是要證明運用傳統(tǒng)磁等離子體動力學(xué)原理，通過量子真空虛擬等離子體實現(xiàn)推進式動量傳遞的可行性。對科學(xué)家來說，失敗并非一無是處，弄明白一項實驗的失敗原因往往和弄明白實驗的成功之處幾乎同樣重要。對太空迷來說，僅有太空電梯還不夠，當(dāng)你被提升到地球同步軌道后，總想再去更遠點兒的地方，要是這種電磁引擎研制成功，目的地從冥王星到參宿四任你選擇。

五、回到未來

路？我們要去的地方不需要……路。

——布朗博士，《回到未來》，1985

2014年6月，《自然·通信》雜志發(fā)表的論文指出，在量子層面上“外祖父悖論”是可以得到解決的。

澳大利亞昆士蘭大學(xué)的研究團隊，使用光子來模擬進行時間旅行的粒子行為。通過對光子行為的研究，科學(xué)家們揭開了現(xiàn)代物理中一些怪誕的方面。在模擬中，研究人員考察了進行時間旅行的一粒光子的兩種可能結(jié)局?？茖W(xué)家們想知道這粒光子與更早之前的“自己”之間會發(fā)生什么。

在實驗中，科學(xué)家們設(shè)置了一種虛構(gòu)的情景，即假設(shè)一粒光子穿越了正常的時空，并與被困在閉合類時空曲線的蟲洞中的另一粒光子發(fā)生相互作用。然后，通過對第二粒光子行為的模擬，讓他們得以獲知第一粒光子的行為，結(jié)果顯示，只要對第二粒光子進行適當(dāng)?shù)奶幚恚陀锌赡芤龑?dǎo)第一粒光子發(fā)生相應(yīng)變化。要想在量子層面上進行操作，必須盡量選用盡可能微小但卻能獨自存在的粒子，比如說光子。

將上述內(nèi)容替換為外祖父悖論的說法，就是你穿越回過去，阻止未婚的外祖父與未來的外祖母相遇，現(xiàn)在的你的確會發(fā)生一些變化。

顯然活人是沒法縮小到光子那么小來進行時間旅行的，但已經(jīng)有人踩著懸浮滑板體驗《回到未來》中的拉風(fēng)感覺了。在科幻電影《回到未來》第二部里，馬蒂踩著一塊懸浮滑板逃過了一劫。2014年，美國建筑師亨德森讓它變成了現(xiàn)實，他開發(fā)了一款滑板，具有4個能提供磁場的“懸浮引擎”。只有當(dāng)滑板下方存在金屬導(dǎo)體時，這些引擎才能發(fā)揮作用，產(chǎn)生彼此互相排斥的磁場。這塊懸浮滑板足夠支撐130千克的重量。運用相似技術(shù)的磁懸浮列車每米軌道的造價達到了75萬美元。懸浮滑板金屬軌道成本“僅有”每米1萬美元。有商業(yè)頭腦的公司已推出了一個售價299美元的“懸浮引擎開發(fā)者工具箱”，購買者可以將懸浮組件取出，安裝在任何想要讓其懸浮的物體上。該組件可以承載28千克的重量，一塊電池大約能懸浮7分鐘。

六、神的九十億個名字

上帝、耶和華、安拉……這些都是人造的符號，神真正的名字是不可呼喚的……

——阿瑟·克拉克：《神的九十億個名字》，1953

現(xiàn)代宇宙學(xué)的一個重要理論是宇宙誕生于創(chuàng)世大爆炸。大爆炸不僅僅是理論，還被眾多的天文觀測證據(jù)所支持，這些證據(jù)包括宇宙微波背景輻射和宇宙的持續(xù)膨脹。但大爆炸的起源仍然是一個謎團。宇宙學(xué)家提出的一種解釋是宇宙是自發(fā)形成的，大爆炸是真空量子漲落的結(jié)果。這聽起來有道理，但無人能證明它。好在中科院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所的研究人員在2014年發(fā)表論文，用數(shù)學(xué)證明宇宙確實是源自虛無的真空。

20世紀上半葉，一些宇宙學(xué)家試圖將量子力學(xué)和廣義相對論結(jié)合起來，但都徒勞無功。物理學(xué)家約翰·惠勒和布萊斯·德維特提出的“惠勒-德維特方程”就是量子引力/大一統(tǒng)理論的一個數(shù)學(xué)框架，其核心是海森堡測不準原理。亞穩(wěn)態(tài)假真空的波動有可能允許一個微小的真空存在，這種現(xiàn)象發(fā)生之后，會出現(xiàn)兩種可能性：如果真空泡沒有快速膨脹，它會立即消失;如果真空泡膨脹到足夠大，宇宙的誕生將是不可避免的。這篇論文證明了微小的真空泡一旦出現(xiàn)，就有機會以幾何級數(shù)膨脹，形成宇宙。

用數(shù)學(xué)證明宇宙的起源問題，與僧侶窮舉神祇所有可能的名字一樣奇妙。現(xiàn)在的問題是，如果數(shù)學(xué)家用新的方程證明了我們的宇宙本不該存在，會發(fā)生些什么呢？

【責(zé)任編輯：楊楓】