《星球大战》里的科学

遥远银河系中的科学

不少人都说《星球大战》不能算科幻片，应该是广义的奇幻片。可是里面又是飞船又是克隆人的，颇能迷惑观众，让我们以为未来的星际世界就该是这个样。哪里知道真空中根本看不见激光束的轨迹，也听不到嗖嗖声；没出过远门的主人公在风景迥异的殖民星球到处乱窜也不戴个氧气面罩；根本不需考虑空气阻力的太空战舰却全都模仿水面舰艇的梭形外观——科技硬伤多得可以写一本书。虽然评论界就《星球大战》应该归属于科幻、奇幻还是神话喋喋不休地争论了许多年，但这个系列电影毕竟包含了宇宙飞船、外星人、奇特的星球和高科技武器等科幻的典型元素。这些“科学”元素让电影中的幻想看起来更逼真靠谱。然而这个“遥远的银河系”里发生的事情究竟有多大可能性是真实存在的呢？

在1977年《星球大战》第一部推出的时候，答案是“完全不可能”。随着续集和前传的上映，奇怪的事情发生了。科学开始追赶乔治·卢卡斯（《星球大战》创造者）的想象。现在，物理学家从理论上找出了进行星际旅行的方法。最新的数据显示系外行星和外星生命比我们之前所认为的更加普遍。人工智能学家开始认为，情感可能是制造智能机器人的关键要素。至于原力，一些科学家已经有了实现原力功能的理论学说。

行星环境：文明摇篮

《星球大战》中出现了形态各异的星球。有天行者的家园——沙漠星球塔图因；有全由海洋构成的行星；还有类似地球的行星。这些星球上常有文明种族的存在，有的智慧生物是原住民，有的则是外来户。那么，具备什么特征的恒星系统才能拥有适宜生命生长的行星或卫星呢？

宇宙这么大，什么样的地方才有可能产生类似地球物种的生命呢？科学家提出了“生命宜居带”的概念。生命宜居带是指在恒星周围可以产生生命，并且能够维持生命长期存在的环形区域。

在這个区域内的行星或卫星，一定要有长时期稳定存在的液态水。以地球为例，行星表面的水存在了数十亿年以上，才能保证生命诞生并演变为高等生命。在一个恒星周围的可居住区有内边界和外边界之分。如果超越内边界，行星过于接近恒星，表面温度太高，水都蒸发了，不利于生命发展。如果超过外边界，离恒星太远的话，温度太低，水处于冰冻的状态，生命也无法存在和演化。

具体说来，对于冷的矮星（表面温度3000摄氏度），要求行星至恒星的距离约为0.1个天文单位（天文单位是地球到太阳平均距离，约1.5亿千米）；对于热的巨星（表面温度6000摄氏度，近似于太阳）大约为2个天文单位。其他温度范围的恒星演化太快，是不可能存在有利于生命存在的稳定的温度条件的。

另外，如果行星距其太阳恰好是1个天文单位，则要求行星质量相当于0.5～10个地球质量。质量太小，行星引力不足以保持维系生命存在的大气，也就没有了抵御致命宇宙辐射的保护层；质量太大，又容易过度吸引氢、氦等气体元素而形成木星那样的气态行星，使常规生命无法生存。

生命宜居带还涉及恒星在星系中的位置。比如这颗恒星不能靠近一些太大的恒星，因为大质量恒星演化到最后阶段会发生猛烈的爆炸，产生大量的辐射冲击行星，可瞬间毁灭生命。因此恒星在银河系中的位置也要恰到好处。

天文学家根据观测结果推测，银河系几乎每颗恒星都有一颗行星环绕，所以整个银河系约有1000亿颗行星。这其中大约有17%——即多达170亿颗——是大小与地球类似的行星。那么，这些行星中位于生命宜居带的又有多少呢？答案是约10亿颗。所以像《星球大战》里呈现的千姿百态的宜居星球是非常合理的。

外星人：千差万别

《星球大战》中一个最有意思的地方就是奇形怪状的外星生命频繁出现。“遥远的银河系”中几乎任何地方都有外星生命。你要么降落在它们中间，要么走在它们上面，要么被它们吃掉。天行者卢克第一次走进那家小酒馆的时候，我们对外星人的认识以及科幻小说中描述它们的方式彻底改变了。我们不再会沉迷于单一的外星人形象。史蒂芬博士是爱达荷州立大学胚胎学教授，他对外星生命的存在满怀希望：“一些生物学家认为我们是一系列意外的产物，我认为这个想法是十分荒唐的，它误导我们相信宇宙除了我们这一丁点渺小的角落就是一片贫瘠全无生命，我们不过是恰好碰上了好运。我认为完全不是这样。”认为宇宙充满生命的观点似乎完美地反映在《星球大战》的宇宙中，这里每个可供利用的地方都存在着生命。根据最近的发现，许多科学家越来越相信外星生命可能和地球生命不太一样，也许超过了我们之前的设想，能够生存在更宽泛的条件之下。

《哈姆雷特》中说：“天地之间有许多事情，是你的睿智所无法想象的”。这话用在外星生命上同样成立。在地球上，数量最多的生命形态是微生物和昆虫。外星生命也一样，它们主要以微生物或初级生物的形式存在。具体到外星“人”，作为智慧生命，一定经历了漫长的进化过程。它们可能生活在陆地上，有着轴对称的躯体，但不限于四肢，可能像蜘蛛或章鱼，有许多“手”，用来操纵工具。生活在水中的外星人因为要不断游泳，恐怕不容易进化出四肢，它们也许拥有智慧乃至复杂的社会关系，但很难发明各种工具，就像海豚那样。

无论哪种形态的外星人，它们都会有发达的神经系统和感官。感官会因环境而异。习惯暗环境的外星人能像蛇一样感知红外线，或像蝙蝠一样听到超声波。感觉器官的不同，会导致容貌的千差万别。要想在外星人身上发现符合人类审美习惯的“美”的元素，恐怕比较困难。

上面设想的都是类地行星上的碳基生命形态，可以从地球生命外推。其实在环境千差万别的星球上，完全可以进化出千差万别的生命。比如硅基生命，它们也许移动速度缓慢，但思维速度大大超越人类，更趋近于电子计算机。还有人设想在木星那样的气态行星大气层中，会存在水母一样的气球状生命，靠氨气为食，以闪光为交流手段。总之，生命就是能够繁衍的物质、能量与信息的有机组合，并没有条条框框限制它的模样。

机器人：奴仆或朋友

除了绝地武士，《星球大战》中另一类主要角色是机器人，无论是饶舌的C-3PO还是呆萌的R2-D2，都给观众留下了难以磨灭的印象。如果你是义军中的一员，想要一个机器人执行秘密任务，哪一种机器人最有用呢？反重力机器人或仿昆虫机器人似乎是最实用的方案。但是你可以想象C-3PO的脑袋安装在陆行艇上，或者R2长六条蟑螂腿吗？

从根源上说，把机器人（其实叫“智能机器”更贴切，英文“robot”一词中并没有“人”的意思）想象成人类的样子是人类中心主义在作怪。各国神话中的神明也往往有人的样子，即使有变化，也不过是人面蛇身（女娲），或是兽首人身（埃及神），脱不开“头、躯干、四肢”的窠臼。人总是格外钟情于与自己相似的东西。从这个意义上说，最新一部《星球大战：原力觉醒》中出现的可爱机器人BB-8是个突破。它不再拟人，而是两个球体叠加的结果。近四十年前，圆筒状的R2-D2还有类似腿和手的存在，到了BB-8这里，一概取消了。這也反映了这些年间机器人技术的进步。

机器人确实没有必要长成和人一样——只要能有效完成任务，何必非是人形。从生物力学的角度来说，相对于双足直立行走而言，四足乃至六足、八足行走更为稳定有效。如此看来，《星球大战前传》中出现的多足战斗机器人采取了类似蜘蛛爬行的姿态行动，降低重心提高稳定性，机动性也很好，可谓符合科学原理之作。

也许有一天人工智能可以具备与人差不多的学习能力和思维能力，届时机器人从身体到智慧就会全面适应太空生活，远远凌驾于人类之上。但这也带来问题：这样具有复杂思维乃至情感的机器人还能被简单地看作“机器”吗？派“它们”去冒险是否不那么道德？也许只有科技发展到《星球大战》那个地步，这些问题才能有答案。

飞船与光剑：骑士的装备

飞船

在电影《星球大战》中，以亚光速飞行的宇宙飞船可以在小行星带中快速、灵敏地穿梭。人类目前还无法实现这一技术，但如果降低飞船的飞行速度，我们还是有可能做到这一点的。其中的关键是用离子推进技术替代化学燃料火箭。电影中的宇宙飞船能够探测到前方的移动物体，并迅速做出反应，利用强大的离子推进器远离危险之处。在小行星重定向任务中，NASA使用了四台离子引擎，能够实现“低速推进”，让宇宙飞船在小行星带之间穿梭。而要想更进一步，我们需要更加强大和先进的动力系统，比如核聚变反应堆甚至反物质发动机。

从时间尺度上说，相对论的时间膨胀效应会让卢克和义军推翻帝国的计划难以实现。汉将死星的设计图从塔图因星送到雅文卫星用了大概一天时间，但对于未进行高速飞行的人来说可能已经过了好几年。在这段时间里，帝国完全有时间研发一种新武器，没准帝国皇帝在这几年中老死了也说不定 ……

“千年隼号”进行“超空间跃迁”所用的技术，也是爱因斯坦广义相对论涉及的最奇特的旅行方式。就是在空间的两个点之间开辟一条捷径。这个隧道般的捷径——即“虫洞”——可以轻易抹去全部中间距离，让你从起点直接跳到终点。

光剑

如果光剑的光刃也是用激光产生，会面临着发热的问题，剑柄绝对会热得拿不住。绝地武士的这种标志性武器更可能是用等离子体制成，而不是用激光束。等离子体是物质的第四种状态。固体加热后会变成液体，液体再加热转变成气体，而气体再升温就能转化为等离子体。如果持续加热气体，气体原子获得的能量足够多，一些电子就会脱离原子，形成一种离子云——等离子体。因为离子是带电的，因此等离子体可以用电磁力进行控制。为了让等离子体不会发散，需要有一个束缚电磁场，还需要在剑柄中安装能量源、冷却系统和稳定的等离子体源。但以目前的人类技术水平，要造出拥有绝地光剑功能的等离子体武器，上述设备非得塞满一座大楼不可。

如果这些问题都能解决，等离子体柱就足以成就一把合格的光剑。这种锐不可当的等离子体温度大概是93万摄氏度，密度是我们目前能创造的等离子体的1000万倍。不幸的是，剑体还会向周边辐射热量，足以烤焦周围的物体。在这种情况下，卢克可能更倾向于将光剑邮寄给达斯-维达，然后通过远程遥控激活，烧他个措手不及。

原力：人体科学

要说《星球大战》里最神秘莫测的事物，一定是非“原力”莫属。原力的拥有者具备生理机能强化、意念移物、控制他人意念、释放原力闪电、防御外来攻击、预知未来等诸多能力。在《星球大战：新希望》中，卢克的启蒙老师欧比旺·克诺比这样解释原力：“它是所有生物创造的一个能量场，包围并渗透着我们。有着凝聚整个星系的能量。”

乍看起来，原力好像是一种与武侠小说中的“气”相仿的东西，是修炼者自身产生的。修炼不好，还会走火入魔，坠入原力的“黑暗面”。但原力没有这么简单，它是一个随着卢卡斯的想法不断变化的概念。

“原力”是《星球大战》的核心概念，是指一种银河系中自然存在的能量。这种能量在所有生命体中流动，并且拥有双面性：好的光明面和坏的黑暗面。

如何用科学解释神秘莫测的原力呢？它可能与万物之间最基本的作用力有关。欧比旺说原力“有着凝聚整个星系的能量”，能把所有天体凝聚起来的就是万有引力。尤达大师曾提到“我们的身体”也是依靠原力凝聚的，这种分子间作用力就是电磁力，把更小的原子核凝聚在一起的是强相互作用力。很可能，原力修炼者们已经统一了四种基本相互作用力，达成了爱因斯坦终其一生未能完成的物理学伟业——大统一理论。从这个角度出发，可以发现绝地武士的多数技能都可以得到科学的解释：

“生理机能强化”和“防御外来攻击”：通过提高分子间的电磁作用力，破坏身体结构所需要的能量就会更高。

“读心术”：探测和解读他人的脑电波。

“控制他人意念”：用特定频率的电磁波影响神经传输的电信号。

“意念移物”：电磁力和引力都可以做到移动物体。

但这还无法解释所有的原力现象，比如“预知未来”。这相当于来自未来的信息“穿越”回现在，被绝地武士感知到，是信息层面的时间旅行。许多科学家认为时间旅行的想法是有可能实现的。在量子层面上，测不准原理使我们无法同时准确测量出粒子的位置和速度。因此粒子可以在短时间内超越光速，甚至我们都意识不到。而且，从广义相对论推导出的虫洞假说也可以联系过去和未来。

虽然目前地球上还没有原力存在的证据，但我们可以检测原力与当前科学认知相违背的现象。真相可能是在量子层面上的——虽然我们可以描述发生了什么，却不清楚它为什么会发生，以及怎样发生。到上述谜团解开的时候，我们可能会发现宇宙令人着迷而又匪夷所思的真相，同时还会发现更多谜团。这就是科学激动人心且充满挑战之处。

【责任编辑：杨 枫】

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