《星際迷航》里的那些黑科技
文：David Allen Batchelor（美國宇航局戈達德航天飛行中心的物理學家）
譯：淼助
《星際旅行》是一部科學范兒的影視劇呢，還是只是那種「我伙呆」的全無意義的幻想？人們真的可以做出他們在《星際旅行》里的神奇科技嗎？或者這些都只是不能面對現實的人們對於高科技的幻想？我們真實的未來世界裡，會擁有像《星際迷航》里那樣用之不盡的能源，讓人們可以乘坐奢侈的大型飛船在銀河系旅行，以平等的身份去接觸外星人嗎？
1976，美國宇航局的太空梭「企業號」從Palmdale（製造廠家）飛出，並受到了來自《星際迷航》電視劇演員和美國宇航局的官員的現場歡迎。從左到右分別是：美國宇航局局長James D. Fletcher博士；DeForest Kelley（電視劇里扮演Bones博士）；竹井喬治（Mr. Sulu）；jamesdoohan（總工程師Montgomery「Scotty」史葛）；nichelle nichols（少尉Uhura）；Leonard Nimoy（斯波克）；電視劇編劇Gene Roddenberry；美國眾議員Fuqua研究員 (D.-Fla.)；W alterkoenig（帕維爾少尉契訶夫）。圖片來源：美國宇航局
我們知道，早期編劇Gene Roddenberry和後來的作者以科學開始，延伸出一個一個神奇的框架，以填充許多有趣的功能和娛樂故事。而且Roddenberry懂得基本的天文學知識。他知道太空船不能比光走得快，所以需要數十年才能從一顆星球抵達另一顆星球——這樣的電視劇有點兒太無聊，因此他把曲速引擎引入劇中：通過愛因斯坦設想的彎曲時空來驅動飛船。有了曲速引擎，飛船可以在幾小時或幾天就能到達遙遠的星球，這樣的故事吻合了人性上對於冒險奇遇的巨大需求，而不只是滿足於日常生活。Roddenberry試著讓劇中的星球之間的距離非常遙遠，但人類仍然有足夠的能源能夠到達那些星球。Roddenberry和其他作家加入了許多「魔法」：傳送機，醫療奇蹟和全息甲板。但是他們這些「魔法」是作為在未來,人類進步後工程師建造出功能強大的的設備和工具引入劇中的。他們拓展了我們未來的可能視野，這也是此劇如此受歡迎的原因之一。
但是，這部劇的作者不是科學家，所以他們有時會把科學細節弄錯了。例如，《星際旅行》有一集情節是這樣的：《下一代》里，其中的Crusher博士和LaForge先生被迫將所有的空氣排出他們所在的飛船，以撲滅火災。醫生建議是這樣的：在真空中儘可能長時間屏住呼吸保持意識，直到空氣恢復。但是，水下的水肺潛水員們都知道，任何一個在大減壓中摒住呼吸的人都可能因肺部破裂而死亡。肺部無法承受那麼大的壓力，所以人們只有不去試著摒氣才能活下來。
我還可以舉出更多類似的例子。我是個物理學家，我的許多同事們都看《星際迷航》。有些同事認為其中的一些設定，是精確而又完美的科學故事類的電視劇；但他們並不相信這部劇——因為在一些特別的劇集里，有一連串的科學錯誤和不可能發生的事件。這並不公平，他們看莎士比亞時從不抱怨，儘管莎翁的戲劇也經不起這樣嚴密的推敲。準確無誤的科學幾乎無法足夠的有趣和宏大，來支撐一個每周播出的冒險類電視劇。總體來講，比起其他任何一部電視上播出的科幻系列，《星際迷航》寫得相當的聰明並且更加衷於科學。《星際迷航》也吸引和激發了一代又一代觀眾對先進科學與技術的關注，並且它幾乎是唯一一部正面描述科學家和工程，並使他們成為經典角色的電視劇。所以，我們完全可以原諒劇里史詩般的探險劇中偶爾出現的錯誤概念。
那麼,《星際迷航》有哪些典型的科技事物可以讓對科學感興趣的人毫無顧慮地接受和相信，並且能夠完全剔除掉那些挑剔的個人偏見呢？在劇中提到的許多星系，比如Wolf359，是確實存在的。儘管如此，一般星系都是作者們杜撰出來的。劇中也有一些漂亮的特效情景，比如雙子星和太陽耀斑，在天文方面是正確和有教益的。劇中，典型科技產物的正確和謬誤貫穿始終。下列《星際迷航》里典型科技的名單，排序基本上按科學上的不可信程度逐漸增加。
1.通訊
《星際迷航》里的通訊器材，手機現在已經普遍存在，甚至已經在生活里擴張地令人討厭了。而且它們製造的圖片和錄像也可以非常方便地採集和交換。登陸部件在過去的《星際迷航》劇中只發送口頭報告，並不像今天的人們這樣發送圖片和錄像。
2.飛船上的計算機
如今的電腦的視頻遊戲和電影特效比最初的《星際迷航》場景更加美輪美奐。計算機也可以搜索資料庫里的美國數據，進行數據挖掘以找到犯罪分子和恐怖分子。今天，漫遊者探索3計算機上的移動電腦可以呈現簡單的類似全像甲板那樣的虛擬現實，使得我們可以進行電腦輔助設計，這將在建築和工業領域有很大的影響。超級計算機推進了天氣和氣候的建模水準。
四百多年後（就是《星際迷航——下一代》設定的時間），我們對於《星際迷航》中的許多電腦功能能夠實現的期待是合理的。有趣的是，《星際迷航》里的想像只是關注了巨型、獨立的計算機，並沒有預見到互聯網。
3.物質-反物質發動機
這是《星際迷航》最好的經典科技事物之一。把物質和反物質混合起來， 無疑是星際飛船可用的最有效的一種能量來源，而且劇里描述的相當的正確——將反物質（冷凍的反氫）用磁場操控，並且不允許與正物質接觸，否則會被引爆。這真的很物理。我們不用再擔心二鋰晶體（一種由兩個鋰原子組成的核聚變燃料）了……不好意思，但那（物質-反物質發動機）只是個想像。
反物質是在微觀量子領域被創造出來的概念，被用來研究推進物理學知識。但是，製造大量的用來作為燃料和能源的反物質仍然是不可能的。
4.脈衝引擎
這是建立在核聚變反應堆基礎上的火箭的引擎。目前我們還沒有這樣的技術，這相對於我們現有的化學燃料火箭而言遠遠超前，但這依然是在未來可能實現的引擎。
《星際旅行》的一些劇集里也提到了離子驅動。在最近的數十年，俄羅斯、美國、歐洲、日本的航天器都使用了離子驅動引擎，也叫做霍爾推進器。它們比普通的化學火箭更加高效，能夠把探測儀器直接送到太陽系的一些小行星和彗星上。
5.機器人
美國人工智慧協會是一個重要的機器人技術研究機構。在幾年前一次機器人技術會議上，該協會的主席被問及他的研究領域要解決的終極技術目標。他回答說："Lieutenant Commander Data.（《星際迷航》劇中的機器人角色）"能創造出像星際迷航里Data 先生那樣的機器人，必將成為機器人歷史上的豐碑，並且，無論能不能實現，這在計算機領域都是非常有爭議性的。也許，有自我意識的計算機可以植入一個人形身體里，並且可以確保適應人類的規則，跟人類相處融洽。這雖然也遠超我們現有的計算機技術，但並不是不可能。
另外，Data先生的「正電子」大腦迴路取名於艾薩克·阿西莫夫博士對他的科幻機器人迴路的想像。我們的醫生可以用正電子為我們的大腦或其他器官成像，但沒有任何理由可以期望正電子能夠做出比較好的人工大腦。正電子是反物質啊！阿西莫夫博士只是編了個複雜的試探性的道具，他本人並不希望人們對於這個想法照本宣科。
現在人們有許多種類的玩具機器人和遙控機器。然而，人造的大腦從未被創造出來。人們仍然只是粗略的了解思想在人類大腦中編碼和傳輸方式，這阻礙了真正的「心靈傳輸」的發展。然而，人們可以傳輸簡單的大腦到機器的命令，使受損或癱瘓的人來控制假肢和機器。作品裡還有更多的複雜的人機交互。
6.外星人
美國宇航局的開普勒號飛船和其他天文研究項目已經發現了超過3300顆行星，以及近2500名需要對觀察進行確認的候選行星。行星在我們的銀河系是常見的，就像星際迷航里的生物所相信的那樣。有明顯的跡象表明，在銀河系可能有無數的生命和家園。然而儘管有那麼多的搜索，在宇宙中任何地方，從未發現任何有智慧文明生物傳送的無線電或光訊號。
現在，我們了解了一點兒生物化學。大多數科學家現在同意，生命可能存在於其他的星系裡。與地球上生命形式一樣的碳基生命，其化學元素在宇宙中很普遍，所以也許我們自己這樣的生命形式在銀河系中也有許多。我們可以想像各種智能生物，有任何數目的手臂、腿、眼睛和觸角——也許還比我們聰明許多。看起來令人懷疑的是，《星際旅行》劇里的人形和異型外星人一樣普遍，但我們必須允許這部劇為演員的「既有形狀」（人形）做出一些讓步。像斯波克先生一樣的半人/半外星人的混血兒真的存在嗎？現在看來幾乎是不可能的。但隨著DNA重組，科學家已經創造了種間雜交。斯波克先生雖然沒有完全超越生物化學的現實，但肯定已接近邊界。
7.感測器和掃描分析儀
我們有振動感測器、聲納、雷達、激光測距、各種不同波長光的探測器和高能粒子探測器以及重力儀。我們也能在固體物體的內部做一個小的3D成像，比如用磁場和放射性檢測儀檢測人體。《星際迷航》中的感測器和掃描分析儀有很大的不同，比我們所做的更加接近物質的本真。但想像延伸下，今天的磁共振成像儀可以看做掃描分析儀的鼻祖。當企業號要檢測太空中的遠距離物體時，它的感測器必須使用更先進更圖像化的「子空間場」。因為船員以光速往返一個目標，從來不用等待信號。並不是所有劇中的感測器都是可能實現的。
在地球上，LIGO天文台探測到引力波，使科學家得以研究和直接觀察到很久以前遙遠的恆星碰撞成了黑洞。引力波的模型證實了阿爾伯特·愛因斯坦的引力理論（「廣義相對論」）。這是當前現代科技中最棒的一種感測器。
8.導流罩，牽引光束和人工重力
我們知道如何利用電磁場來偏轉帶電物體，並有保護太空旅行者避免宇宙輻射這樣的概念。我們知道，類似於企業號那樣有強大特效的外殼，只是個物理騙局。我們可以製造一些有吸引力的大磁鐵，並用正確的電子迴路調節磁鐵的磁場強度，可以想像在太空拖曳一些金屬物體。但是，用射向某物的一束來吸引某物純粹是想像。
人造重力並不是提供企業號船員所經歷的相當於正常環境的重力。特別設計的磁場可以產生一個類似的，較弱的重力場，但可能會嚴重破壞金屬設備。你可以試著搜索一下「懸浮的青蛙」，看那是如何做到的。但這並不是一個可行的、安全的重力替代方法。我們沒有任何方法來造出人造重力。產生人工重力粒子是想像的，但是沒有途徑告訴你可能會如何做。
9.隱形設備
今天，我們已經發展出簡單的隱形裝置，但它包括多層笨重的超穎材料，且只能在有限的顏色範圍內隱藏小物體的可見度。（與通常我們業已習慣的玻璃的反射和折射不同，超穎材料由微小電子設備的陣列組合從而產生奇特的光學性能）超穎材料的新品種無疑會產生新的、奇特的效應，但似乎並不能夠達到完全隱形。
10.子空間通信
11.移相器
根據《星際迷航》之《下一代技術手冊》，定相能量矯正被命名為移相器。它們真的只是場面宏大的能量爆炸，沒有任何有細節的物理解釋。最初的概念是，它們是激光的技術改進。在某種程度上，它們不同於激光器，它們只是過去幾十年科幻小說中一代又一代的「爆破工」厲害的道具。
現在，軍方有類似移相器的打擊武器，用微波引起皮膚極度不適。相對的，激光武器一直在發展，並且有更先進的能力。
12.治療光線
《星際旅行》的Crusher醫生用治療光線照了一下她弄傷的病人，那人的皮膚或骨頭立即癒合。這只是對於二十四世紀醫學一個神奇的想像。實際上有一種粘合劑，可以把人類的細胞像膠水一樣粘附在一起，這種合成的皮膚，用於暫時保護傷口。但身體自身的癒合速度通常和其他方法一樣快。另一方面，有一些證據表明，微弱的電流可以加速骨頭癒合。這和Crusher醫生的治療程序是類似的，但這種治癒方法並不是瞬時的——也許某一天會成為可能。
13.複製機
今天，我們知道如何通過用原子束在一個面上「畫畫」，我們用這些方法創建微晶元電路，以及進行納米尺度的物體實驗。我們也可以把單個原子或數個原子束縛在一個電磁場形成的勢阱里，並對它們進行實驗。這是離複製機很近的現實。從模型製作出一個固體物質，像複製機所做的那 樣，遠遠超出了我們目前的物理學。簡單結構的復原目前可以進行，比如通過多層相片拷貝技術來實現，建立許多層硬化流來創建固體對象。這並不能做出「熱伯爵茶」那樣美味的替代品。
14.傳送機
我們沒有關於如何真正建立一個傳送機的線索。它使用一個光束從A點輻射到B點，可以它捕捉一個人的模型，將其非物質化，然後把他/她帶到另外的點，在它要運達的地點重建此人的身軀，使之停在正確而精確的位置，此過程甚至可以穿過沿途的一些障礙物。所有的重新物質化的原子和分子都在正確而精確的位置，用合適的溫度附著在一起，就像在傳送過程中沒有被非物質化一樣。重新物質化的過程中，如果一陣風或正常的重力干擾到重現出現的原子時，為什麼所有部分都不會散架呢？今天的物理學中沒有給出任何讓這成為可能的線索。亞瑟·C·克拉克的第三定律說，「任何足夠先進的技術和魔法沒有區別」，但我們不能假設成只要有足夠先進的技術，每一個神奇的想法都能實現。
今天，少量的原子和光子可以被傳送。這種技巧的主要用途將是在量子計算機的發展方面，它有可能非常快地解決非常複雜的數學問題。
《星際迷航》傳送機有個最大的權力沒怎麼用：太空戰鬥中，如果傳送機能夠將敵人星艦船體的補丁毫不費力的移除……這樣電視劇的情節就可以很簡單了O(∩_∩)O ~。哈哈
15全息甲板
克拉克的第三定律也適用於這項科技。全息圖是具有三維結構的圖像，我們還不能想像光線像複製機組裝物質那樣在全息圖中以同樣的的方法來表現三維結構。我們今天只能做一些相對粗糙的虛擬現實環境。
有趣的是，在最初的《星際迷航》劇中，虛擬現實是不合法的。虛擬現實技術是先進的外星人（Talosians）發明的，這把他們引入了無盡的幻想中，從而破壞了Talosian星人的社會。星際聯邦甚至實施對去過Talosians的人也執行死刑的法律。但在《星際迷航：下一代》里，全息甲板的虛擬現實被視為消遣的一種重要形式並在每一個大的星艦上安裝，以娛樂船員。
16.萬用語言翻譯機
這是用在《星際旅行》劇中的一個自動魔法裝置，使人物輕鬆完成故事。每集劇里人物如果在真實情景中要克服語言困難，對於一集一小時的電視劇未免劇情會太慢太乏味。企業號的船員能在遇到一個外星飛船時，「用標準頻率打招呼」，並在他們的顯示屏上建立臨時通訊，這是一個讓情節遠離模糊地帶的反常捷徑。我們當然可以擱置創建這種發明的可能性。
17.曲速星際驅動
這項必須是聯邦技術的最高成就。儘管它是劇情中的基本設定，但它無法辯駁地違反了已知物理。在《星際迷航》里，曲速場效應細節解釋如下：《下一代技術手冊》引起的問題比它解決的更多，據說涉及巨大的能量負載和子空間領域，今天的科學還不能理解。然而，如果除了不太可能的在量子物理學中有革命性的發現，以致於破壞了愛因斯坦的理論的話，曲速驅動器基本上是不可能存在的。今天的物理學家們很好地理解了時空連續性，並有很好的理由認為，沒有物體的運動速度可以超過光速。
但是，這並不能阻止類似相對論和量子理論專家史蒂芬·霍金一樣的科學家們享受電視劇的樂趣。
18.蟲洞星際旅行和時間旅行
這是非常奇怪的數學模型導致的離奇的結果，這種人為實現相當於已經將愛因斯坦相對論理論延伸到極限的、未經任何測試的像泰坦尼克號一樣超大物件的想像模型。我們沒有任何證據表明，愛因斯坦的理論在這些情況下還是有效的。而且，人為做出這樣的巨大旋轉物質在在自然狀態下幾乎不太可能。
到今天為止，時間旅行沒有任何進展。
因此，總結一下就是：《星際旅行》早期的故事把娛樂和真正的科學，想像的科學進行了有趣的結合，作家每周都會給新劇集填充一些新奇的故事情節。真正的科學，是為了忠實於人類最偉大的成就；而幻想的科學只是玩一個遊戲，擴展人們的思想以達到娛樂的目的。《星際旅行》系列是唯一的製作時尊重真正的科學和寫作才華的科幻系列。這就是為什麼它是唯一一部許多科學家經常看的科幻故事系列……比如我。
淼叔系今日頭條簽約作者。
人們為什麼對鬼故事又怕又愛？一個活著的影響過我的詩人——《妙晴詩選》序淼叔少兒科普第4期：為什麼直升機能飛而風扇不能飛？淼叔少兒科普：為什麼你的航班又延誤了？我也想寫一本這樣的暢銷書
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