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我们能做出星战里的光剑吗?

2022-04-20影视
劈砍、格挡,致命且优雅的光剑是绝地武士手中最趁手的武器。现实中,人们尝试了所有制作光剑的可能,激光、火焰、等离子体,到最后都难以成功。或许,我们需要的是一把来自「物理学祖师爷」牛顿的烈焰激光剑。

科幻作品【星球大战】吸粉无数,欧洲核子研究中心(CERN)在 2015年愚人节 时,就曾开玩笑说他们发现了星球大战中的「原力」。这个科幻作品中另一个吸引人的地方是光剑(Lightsaber),这种武器非常轻,却能瞬间切开一切碰到的物体。 更重要的是,它看上去很帅

购物平台上能搜到一大堆「光剑」。但买回家后,就会发现它们都是「劣等货色」,不过是中间带有一条灯带的乳白色管子。虽然通电时亮闪闪的有模有样,但断电后,突出剑柄的那根管子实在有碍观瞻,让人感觉自己仿佛买了一个「奥特曼变身器」。

没有光的光剑

如果你已经厌倦了「仿品」,想要一把真正的光剑。那我们需要先明确一下,用什么才能制作一把光剑。

顾名思义的话,光剑(Lightsaber)是用光(light)做成的。并且因为光剑威力巨大,一般认为只有激光(laser)才能达成这样的威力。但是我们没有办法像电影中的光剑一样,让光传播一定距离后突然消失。就算忽略这一点,这把无限长的「激光武器」也能被强行称为「光剑」的话, 我们也失去了光剑格斗中最精彩的一点——格挡

只有光剑才能格挡光剑。可是很不幸, 光子是玻色子 ,这一属性决定了,相同状态的光子是可以叠加的。也就是说,虽然我们可以通过激光带来的热量实现切割效果,但是两束相同的激光只能穿过彼此,不会碰撞。这样的光剑自然无法抵挡另一把光剑的攻击。

不过,光子也并非绝对不能碰撞,有一类光子可以——高能光子。光子是光子自己的反粒子,两个高能光子之间是可以碰撞的,碰撞后会产生一堆正负电子对。但是,这些高能光子 能量太高 ,已经 属于伽马射线 的范畴了,远远超出可见光波段,无法被人眼看到。只要这把光剑能被我们看到,它就不可能是由光制成的。

既然老婆饼里没有老婆,光剑里没有光也情有可原。那我们就要考虑另一个热门选项——等离子体(plasma)。

学医还要学光剑

现实生活中,我们的确有用等离子体切割金属的技术——等离子弧切割:用高频电弧将气体分子打散,电离,形成等离子体,然后将它们喷到金属上,等离子体再结合时会释放大量热量。另外,等离子体是导电的,电流可以通过等离子体和材料形成回路,从而继续加热。 在某些极端的情况下,这种技术甚至能实现20 000℃的高温。

不过,这毕竟是一种工业焊接、切割技术,在使用这种技术时,我们需要拥有专业的技能,充足的供电,以及最重要的,能保护我们安全、却总是打断我们「胡思乱想」的安全条例。更何况等离子切割机这样的工业设备也不方便随身携带。

2019年,电子科技大学傅文杰教授团队曾提出过一种安全的光剑。他们可以用微波控制等离子体,实现了大气压力下的低温等离子体喷流(a low-temperature microwave-driven atmospheric pressure plasma jet)。相关论文发表在 【应用物理学快报】 ( Applied Physics Letters )上。

图片来源:Fu et al.,Applied Physics Letters,2019

同样是等离子体束,等离子体切割机温度高到可以用来切割金属,而傅文杰教授团队却能将它的温度降到可以触摸的程度。当然,这一束等离子体也可以被加热到较高的温度。虽然这把光剑很短,却能成为医生手上的「光剑」,杀死微生物、凝固血液、切割病灶。现实中, 没有绝地武士能救你的命,但是手里拿着「光剑」的医生可以。

「永远还要50年」的等离子体

不过,这种「低能」的光剑自然不能满足看热闹不嫌事大的粉丝。视频博主Hacksmith Industries也尝试过制造真正的光剑。他们找来了一罐液化石油气,将它气化喷出,并让石油气和空气燃烧产生等离子体。在这个过程中,他们还用特定的喷嘴,尽量将离子体维持在一个稳定的形状……

图片来源:Hacksmith Industries

反应快的读者可能已经反应过来了,是的, 他们制造的其实是一个火焰喷射器 ,或者说,火焰非常稳定的火焰喷射器。他们还能通过焰色反应来控制火焰的颜色。虽然视觉效果很棒,并且的确可以凭热量切割很多物体,但这种光剑并不能实现格挡。

其实,上文提到的几种等离子「光剑」, 都不能实现【星球大战】中的格挡 。如果想实现格挡,我们需要的或许是电磁场控制的等离子体:用特制的电磁场将等离子体限制在光剑中,在两把光剑相互碰撞时,两个电磁场或许可以产生斥力——就像磁悬浮列车一样。

但这种技术的不成熟,正是我们难以实现可控核聚变的原因。可控核聚变的实现仍是遥遥无期,20年前有人预言50年后就能实现可控核聚变,到了今天,预言的时间却似乎还是50年。有这样的技术鸿沟横亘在前, 我们似乎这辈子都做不出来真正的光剑了

牛顿的烈焰激光剑

不过,就算我们造不出来真正的光剑,但这并不妨碍科学家造出一把「牛顿的烈焰激光剑(Newton’s Flaming Laser Sword)」。 这是澳大利亚数学家迈克·奥尔德(Mike Alder)2004年在【现代哲学】杂志上提出的一种概念, 文章题目就是 【牛顿的烈焰激光剑】 ( Newton's Flaming Laser Sword )。

奥尔德曾经在西澳大学担任助理教授,他曾研究人工神经网络,或者用比较时髦的说法——一种人工智能。他因为热爱写作而受到学生的欢迎,不过名气总归是有两面性的。一天,他被一位哲学系的学生「堵了门」。那位学生争辩说奥尔德根本不可能实现人工智能,因为在他看来,计算机科学家不过是提前设定了一段特殊的计算机程序,而计算机程序本身是无法思考的,程序甚至连犯错都不会,所以根本不可能实现人工智能。

这让奥尔德觉得 好气又好笑 ,他解释说自己研究的「人工智能」不过是能把一个看上去像5的数字识别成5,看上去像3的数字识别成3而已。而识别率不总是那么完美,有时也会出现认错的情况。

那个学生却一直争辩,说只要是由人编写的程序,本身就是不可能思考的,就算犯错,也是写程序的人故意让程序犯错。总之,这位学生「告诫」奥尔德,不要再在人工智能上白下功夫。

这种态度让奥尔德很不爽。 他从来都不想去辩驳「人工智能」是否具有智能这样无法证明的问题,他只想让自己的神经网络不要把5认成3 。于是他写了这篇【牛顿的烈焰激光剑】,介绍了牛顿在研究物理(或者说自然哲学)时的准则——只去验证可以验证的东西,对于那些不可以验证的事情,不管不问。

受到牛顿的启发,他在文章中总结出了自己的科学哲学准则——

从一个方面来讲,除非能从精确的逻辑证明存在可以观察到的结果,否则我们就不该对一个命题提出异议;从另一个方面来讲,如果我们要证明一个命题成立,则必须列出它成立后具有可以观察到的结果。

也就是说,如果不存在可以被观测到的结果,那么这个问题本身就毫无意义,不值得讨论。

牛顿的烈焰激光剑的表情包。并没有证据表明历史上的牛顿有一把物理上的烈焰激光剑。图片来源:imgur

比如,在得知这种理论之前,你大可以怀疑你的朋友其实就是奥特曼的人间体,一直在隐藏着自己,绝对不会告诉其他人,并且绝对不会变身。但是拿起牛顿的烈焰激光剑后,你会发现,既然你永远也无法证明你的朋友是一个奥特曼,那你就没有理由去怀疑你的朋友是一个奥特曼。

奥尔德将这个理论命名为「牛顿的烈焰激光剑」,因为它「比奥卡姆剃刀更锋利、更危险」。

所以,就算我们可能暂时造不出来真正的光剑, 但是世界上所有的奥特曼,却是被牛顿的烈焰激光剑杀死的

撰文|王昱
审校|二七
封面图来源:Andrew Santellan/Unsplash
参考链接:
https:// home.cern/news/news/cer n/cern-researchers-confirm-existence-force
https://www. sciencealert.com/could- we-ever-make-a-real-lightsaber
https://www. sciencealert.com/we-re- one-step-closer-to-healing-wounds-with-tiny-light-sabres
https:// aip.scitation.org/doi/1 0.1063/1.5108538
https:// philosophynow.org/issue s/46/Newtons_Flaming_Laser_Sword