科學(xué)眼觀科幻片

傅煜銘

電影回放

遙遠(yuǎn)的星系發(fā)生叛亂，銀河系共和國(guó)解體，帝國(guó)崛起，黑暗力量打壓著義軍。在這種背景下，奧爾德蘭星的萊婭公主截取了黑暗帝國(guó)的致命武器“死星”的技術(shù)資料準(zhǔn)備送回義軍基地，不料公主的飛船遭襲，萊婭公主被擒。機(jī)密資料能否被安全送回，重?fù)?dān)落到一個(gè)叫盧克的年輕人身上……此前的銀河系共和國(guó)，還有后來(lái)的帝國(guó)的勢(shì)力范圍，跨越了整個(gè)星系的尺度，這種情形不同于地球上的人類已有的認(rèn)知。具有“原力”的盧克得到絕地武士大師歐比·旺的點(diǎn)撥，成為一名絕地武士，加入了義軍的陣線。盧克和帝國(guó)黑武士光劍對(duì)戰(zhàn)，終于救出了公主，并搭乘漢·索羅的“千年隼”號(hào)飛船一路進(jìn)行“超空間跳躍”，躲避帝國(guó)軍隊(duì)的追擊。最終，盧克駕駛飛船擊毀了“死星”，義軍獲得勝利。

5月4日是中國(guó)的青年節(jié)。對(duì)于全世界各地的《星球大戰(zhàn)》影迷而言，這一天也是一個(gè)重要的節(jié)日——“星球大戰(zhàn)日”。這個(gè)非官方紀(jì)念日的來(lái)歷是：電影《星球大戰(zhàn)》中有一句經(jīng)典臺(tái)詞“愿原力與你同在”（May the force be with you），被影迷取諧音變成了“于5月4日與你同在”。

《星球大戰(zhàn)》系列電影之所以成為經(jīng)典，并且被眾多影迷喜愛(ài)，很大程度上是因?yàn)樗_啟了科幻電影的新時(shí)代。在1977年《星球大戰(zhàn)》上映之前，科幻電影大多成本較低、制作粗糙，故事也通常圍繞怪物或外星人展開。而導(dǎo)演喬治·盧卡斯卻用這部與眾不同的作品向人們證明：科幻故事也可以通過(guò)影院流行開來(lái)，成為流行文化的一部分。電影在講述“很久很久以前”發(fā)生在“一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系”的故事時(shí)，加入了很多對(duì)未來(lái)科技的想象，讓科幻電影更多地展現(xiàn)了科學(xué)與幻想的美妙結(jié)合。光劍、超空間跳躍、死星……這些“星戰(zhàn)”中的黑科技究竟離我們有多遠(yuǎn)？“原力”是不是未來(lái)人人皆有的超能力？電影中又有多少情節(jié)，正在成為現(xiàn)實(shí)呢？讓我們來(lái)看看吧！

文明的層次

《星球大戰(zhàn)》中那個(gè)遙遠(yuǎn)的銀河系，已經(jīng)發(fā)展出了極高水平的文明。蘇聯(lián)天文學(xué)家尼古拉·卡爾達(dá)肖夫在1964年提出一種將文明分成三個(gè)層次的方法，即依據(jù)能源功率的大小劃分，可以利用的能量越大，文明的層次就越高。美籍日裔物理學(xué)家加來(lái)道雄在此基礎(chǔ)上提出了未來(lái)文明的三種類型：類型一為“行星系文明”，這類文明可以掌控行星級(jí)別的能量，并殖民其他行星：類型二為“恒星系文明”，這類文明可以收集整個(gè)恒星系統(tǒng)（比如太陽(yáng)系）的能量，并殖民其他鄰近的恒星系統(tǒng)；類型三為“星系文明”，可以收集星系級(jí)別的能量。很顯然，按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，地球的人類文明還沒(méi)有達(dá)到“類型一”的水平；而《星球大戰(zhàn)》中正邪兩派的文明，應(yīng)該已經(jīng)屬于“類型三”了。

“星戰(zhàn)”的故事發(fā)生在“很久很久以前”，到底有多久呢？根據(jù)天文學(xué)知識(shí)，我們可以知道組成巖石行星以及人類身體所需的許多重元素，尤其是制造武器艦船的金屬，在很早以前的宇宙中較為貧乏，許多重元素都是通過(guò)超新星爆發(fā)，甚至雙中子星并合這樣的事件生成的。要產(chǎn)生足夠的重元素，就需要足夠的時(shí)間讓更多的恒星走完一生。此外，生命的進(jìn)化也需要漫長(zhǎng)的時(shí)間，比如地球從產(chǎn)生最早的生命到人類出現(xiàn)，經(jīng)歷了數(shù)十億年。更何況，“星戰(zhàn)”中的文明還需要演化到“類型三”呢。所以，我們可以大膽猜測(cè)“星戰(zhàn)”爆發(fā)的時(shí)間也許是在地球時(shí)間的百億年后！

未來(lái)的武器

激光武器是《星球大戰(zhàn)》中十分普遍的一種武器。激光的物理本質(zhì)是通過(guò)受激輻射產(chǎn)生的光放大。在地球人類的歷史上，已經(jīng)有至少5次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了和激光有關(guān)的研究成果。與自然界一般的光相比，激光的主要特點(diǎn)是：方向性好，發(fā)散角很?。毫炼雀撸芰扛叨燃?；單色性好，顏色很純；相干性好。這些特點(diǎn)使得激光成為通信、精密測(cè)量等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)不同目標(biāo)的優(yōu)秀工具。在天文學(xué)上，激光被應(yīng)用到了光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)中，作為明亮的人工導(dǎo)星，用于探測(cè)大氣抖動(dòng)對(duì)于星光波前的扭曲：通過(guò)改變望遠(yuǎn)鏡焦面后方的改正鏡的形狀，可以實(shí)時(shí)校正這種扭曲，天文學(xué)家就可以得到更加清晰穩(wěn)定的星象。而憑借探測(cè)到引力波而聞名于世的激光干涉引力波天文臺(tái)（ LIGO），則用激光來(lái)測(cè)量時(shí)空的伸縮。

激光技術(shù)在很多方面都給人類的生活帶來(lái)了便利，同時(shí)也催生了激光武器，它們可以致人傷殘，或者燒毀目標(biāo)。目前人類的激光武器還不能像《星球大戰(zhàn)》中的激光槍一樣便攜，但我們可以期待的是，隨著技術(shù)的進(jìn)步，激光的能量利用效率有可能會(huì)有效提高，這有利于將激光器小型化。而電影中的“死星”這種足以毀滅整個(gè)行星的激光武器，也不能完全從理論上排除它的可能性。因?yàn)橹灰芰孔銐驈?qiáng)，用激光毀滅行星是可能實(shí)現(xiàn)的。

光劍可以說(shuō)是《星球大戰(zhàn)》的標(biāo)志性武器了。光劍的熾熱光束不是激光，一方面是因?yàn)楣鈩σ幸欢ㄩL(zhǎng)度，但激光在被物體反射前會(huì)一直傳播，無(wú)法局限在一定長(zhǎng)度內(nèi)：另一方面，兩束激光相遇時(shí)只會(huì)彼此穿透，無(wú)法產(chǎn)生電影中武士對(duì)決時(shí)，光劍碰撞作響的效果。在人類目前所知的物質(zhì)中，等離子體可能較為接近光劍所用的物質(zhì)，這是一種整體呈電中性的、由離子和電子組成的氣體狀物質(zhì)，包括太陽(yáng)在內(nèi)的恒星都是等離子體。然而用等離子體制造光劍也有不小的困難，比如等離子體的形狀難以精確限制而不泄露、熾熱的高溫等離子體可能灼傷（更可能汽化）使用者的手等。所以，光劍雖酷，但人間沒(méi)有呀……

宇宙超能力

由于電影中的整個(gè)星系尺度很大，《星球大戰(zhàn)》中的人物總是需要各種高速旅行的方案，以穿梭于不同的行星之間。如果“星戰(zhàn)”的各種星際交通工具按照現(xiàn)階段人類航天器的飛行速度航行，行星間的交流將難以實(shí)現(xiàn)，跨越多個(gè)地點(diǎn)的追趕與逃亡也就無(wú)從上演了。于是，電影中大膽使用了一種能夠使情節(jié)順利發(fā)展的幻想——“超空間跳躍”，許多戰(zhàn)艦具備這樣的能力，可以在短時(shí)間內(nèi)從一個(gè)空間轉(zhuǎn)移到另一個(gè)空間。

愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論指出，我們生活在一個(gè)四維時(shí)空之中，質(zhì)量的存在會(huì)扭曲周圍的時(shí)空，時(shí)空的彎曲表現(xiàn)為引力。我們知道，在平坦的時(shí)空中，兩點(diǎn)之間直線最短。然而，當(dāng)時(shí)空被扭曲時(shí)，情況將不太一樣。如果用一張二維紙片來(lái)表示四維的時(shí)空，首先假設(shè)由于大質(zhì)量物體的存在，本該平直的時(shí)空呈現(xiàn)了圖中彎折的形態(tài)。如果在A、B兩點(diǎn)分別加上兩個(gè)大質(zhì)量的物體，那么這兩點(diǎn)的時(shí)空會(huì)被嚴(yán)重扭曲，甚至融合到一起，形成一個(gè)連接上下兩面時(shí)空的隧道。這個(gè)隧道現(xiàn)在是A、B兩點(diǎn)間的最短距離，被物理學(xué)家稱為“蟲洞”。蟲洞就是“超空間跳躍”的一種可行的實(shí)現(xiàn)方式。

遺憾的是，蟲洞還只存在于理論當(dāng)中，并且可能難以保持穩(wěn)定。

電影中還出現(xiàn)了一種超越時(shí)空的神秘力量——原力。只有絕地武士和黑武士等少數(shù)人才具有這種神奇的力量，如果掌握了原力，他們就可以用意念移動(dòng)物體、預(yù)知未來(lái)，甚至將自己的形象投影到另一個(gè)時(shí)空。然而，在現(xiàn)有的物理學(xué)框架下，還沒(méi)有哪一種力具有這樣奇特的性質(zhì)。因此，這個(gè)設(shè)定被當(dāng)成電影中“魔幻”的部分。

夢(mèng)想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)

幾十年來(lái)，《星球大戰(zhàn)》中的一些超前想象，也都變成了現(xiàn)實(shí)，比如全息投影、平視顯示、仿生義肢（盧克的機(jī)械手）、智能機(jī)器人……除了這些技術(shù)的進(jìn)步，天文學(xué)家在尋找太陽(yáng)系外宜居行星方面也取得了重要的突破，截至2017年底，樂(lè)觀估計(jì)的已發(fā)現(xiàn)系外宜居行星數(shù)已達(dá)40顆。與此同時(shí)，科學(xué)家也在利用各種手段，搜尋地外生命跡象。也許有一天，人類可以和宜居行星上的外星人共同生活，就像《星球大戰(zhàn)》中所描繪的那樣。不過(guò)不同的是，我們希望星系間沒(méi)有大戰(zhàn)，只有和平。