《星球大战》里的科学.pdf

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书籍描述

内容简介
前NASA天体物理学家、宇航员对《星球大战》的科学解读。理解系外行星、外星人、星际旅行、智能机器人和原力的必知常识。如果《星球大战》是一部太空歌剧,本书则为这部歌剧搭建出现实的舞台。「未读•探索家」畅销科普系列
前美国宇航局(NASA)天体物理学家珍妮•卡维洛斯对《星球大战》中各种科幻元素是否可以变为现实进行的一场科学畅想。她用最通俗的语言,向非专业读者解释了那些科幻与科学相互交叉的前沿知识,比如:星际旅行、具有思想和情感的机器人、可供人类居住的地外行星、奇异的智能生命形式、高科技武器和宇宙飞船。
书中回答了诸如这样的问题:
*像“千年隼号”这样的飞船如何在多维空间中进行星际穿越?
*能造出像“死星”这样摧毁整个星球的武器吗?
*为什么达斯•维达需要人工呼吸器?
*我们造出的机器人和C-3PO和R2-D2有多相像?
*能造出“光剑”吗?如果可以,它们将如何工作?
*《星球大战》中的各种外星人看起来像“真正的”外星人吗?
*像塔图因星球一样的沙漠星球能诞生什么样的生命?
*我们运用“原力”进行“意念移物”和心灵沟通吗?

编辑推荐
前NASA天体物理学家、宇航员珍妮•卡维洛斯对《星球大战》中科幻元素的科学解读。
《星战》观影必备读本。
包含理解“系外行星、外星人、星际旅行、智能机器人、原力”等概念的所有必知常识。一本书奠定看科幻作品的知识基础。
如果《星球大战》是一部太空歌剧,本书则为这部歌剧搭建出现实的舞台。

作者简介
作者:(美国)珍妮•卡维洛斯

珍妮•卡维洛斯,科学家,科普作家。前美国宇航局NASA天体物理学家,曾任职于约翰逊航天中心的宇航员培训部。她编辑出版过众多获奖和畅销书,曾获得“世界奇幻小说奖”和“文学先锋作品奖”。

目录
引言
1行星坏境
没有星球就没有帝国——行星是如何诞生的?
一天一行星,帝国无踪影——如何发现类地行星?
双生太阳——行星可能有两个太阳吗?
恒星系从你的指尖滑过了吗?——拥有类地行星的恒星系需要具备什么特征?
天空上那是一颗流星,还是帝国在搜捕我——如果一颗行星频繁遭受流星撞击会对生命有怎样的影响?
宇宙是半空还是半满的?——行星产生生命有什么必要条件?
域外家园——不同星球上的物种能相聚在一个星球上吗?
“天地之大,超乎想象”——宇宙中曾遍布生命吗?
旅行到纳布星内部——内部布满洞穴的行星可能存在吗?
恩多星的卫星——行星的卫星上可能存在生命吗?
“宇宙的闪亮中心”——像塔图因一样的沙漠星球适宜人类殖民吗?
2外星人
外星人是怎样成为外星人的——外星生命可能长什么样?
毛球还是天才——外星生命有智慧吗?
你的耳朵下垂吗——加•加•宾克斯生存在什么样的环境中?
伍基人的黎明——什么环境造就了伍基人?
虽然他可以“吼吼吼”,但不意味着是圣诞老人——赫特人贾巴如何在塔图因的环境下生存?
太空蛞蝓——太空蛞蝓这样的生物能活在真空中吗?
需要多少外星人才可以引发一场酒吧斗殴——外星人的感官和我们一样吗?
泰迪熊什么时候可以去郊游——伊沃克人是在什么环境中进化的?
小型动物、大型动物、毛茸茸的动物——塔图因星球的非人形沙漠生物都有什么有趣的特征?
你的前灯开启了吗?——塔图因星球上的类人物种都是什么样子?
绛德兰荒地,家一样的感觉——人类是怎么适应塔图因星球的环境的?
3机器人
轮子还是双腿——为什么常见机器人的运动都用轮子而不用腿?
这些坦克是造出来行走的——四足的步行机能稳定、快速地行进吗?
我,机器人——怎么让机器人有智慧?
你听到我所听到的了吗——如何创造出有感觉的机器人?
机器人会梦见机器羊吗——给机器人赋予情感有什么意义?
为什么汉和C-3PO永远不能成为朋友——机器人该如何学会识别人类的情感?
我没事,你这个“超重的润滑油胖球”——能创造出真正有情感的机器人吗?
唠唠叨叨就是我——该如何让机器人表达情感?
你和你的电脑之间结成了爱的联系了吗——人与机器人能产生多深的感情?
六百万美元的西斯——半机械人有可能出现吗?
4飞船与武器
秒速186000英里——人类能达到光速吗?
生而分离——在接近光速的速度下时间是如何变化的?
“比子弹还快”根本不够快好么——火箭和飞船是怎样被推进的?
银河维修站——我们的银河系中能找到星际航行的燃料吗?
“你们进来的时候没有定好出去的计划吗”——“超空间”真的存在吗?
无中生有——太空中的“真空能量”能为我们所用吗?
如果贾巴能来找汉•索洛,为什么还要让汉•索洛去找它呢——曲率驱动的理念应用了什么原理?
星球之歌——超弦理论是什么意思?
哪边是上——有可能制造人工重力吗?
哪边是下——我们有没有可能实现反重力?
自吹自擂的汉•索洛——汉•索洛口中的“12秒差距”到底是不是个错误?
有了疑惑就开枪——激光和激光武器有什么样的原理和应用?
剑柄顶端的闪电——什么是“等离子体”?
5原力
原力可能会与你同在吗——原力的能量无处不在吗?
科学家可能成为绝地武士吗——科学家怎么看待原力?
第五种元素
你和原力有联系吗
你将会读完这本书,而且会喜爱上这本书
第五种力
绝地武士也不敢涉足的领域
它就在你的思维里
来自第四维度的入侵者
禅宗和充耳不闻的艺术
在实验室里测量原力——是否能用实证研究来证明存在超自然现象?
伸出手联系某人——心灵感应如何将信息传递给别人?
原力不存在于我们身上,而是在星际间
偷窥的绝地武士——真的有人是“千里眼”吗?
科学家的反击
绝地武士带我走
大蜥蜴和绝地大师
后记
浓缩的都是精华
“我有一个不祥的预感”
“原力在我的家族血脉中澎湃”
你确定那晚没有酒后乱性么
作者简介

序言
1977年5月的一天,还是初中生的我走进了锡拉丘兹的一家电影院。当我走出来的时候,一切都大不一样了。开场镜头中歼星舰越飞越远、直到消失在屏幕中的场景让我心跳加速。我从来没有见到这样一个离奇、逼真、令人惊叹不已的宇宙。我真想住在那“遥远的银河系”里。不过在两个小时的电影时间里,我确实有身临其境的感觉。
当时,我已经被星际旅行这个想法吸引了,而《星球大战》更是为我在星际探险和外星生命方面的兴趣添了一把火。虽然在上大学修读天体物理学的时候,我被一遍一遍地灌输了科学真理,这些真理让《星球大战》变得不实际——我们不可能比光速更快;各种因素难以置信的组合使得地球上产生了生命,然而其他的行星上存在这些因素并诞生外星生命的可能性微乎其微;即使有一天我们能制造出先进精密的机器人,他们的行为依旧不能像人类一样——虽然他们会有逻辑,但绝不会有人类的情感。原力?更纯属幻想。
偶尔也有一些反对的声音,但大多数科学家认为乔治•卢卡斯的宇宙和他们所知道的宇宙是大相径庭的。
说句公道话,我不认为乔治•卢卡斯在创作《星球大战》的时候,特别考虑到了科学问题。电影的开场白听起来更像是神话故事的开头,而不像是科幻故事的开篇。从许多方面来说,《星球大战》感觉像是幻想,而里面的原力拥有神秘的力量,称为绝地武士的伟大的巫师施展着这种原力,正义与邪恶的强大力量一次一次在史诗般的斗争中出现。在创作《星球大战》这个科幻、奇幻、神话各占三分之一的电影时,乔治•卢卡斯并没有追求创造出一个和我们当前对科学的理解一致的未来宇宙。如果他这样做了,这将会成为一部情节推动缓慢的电影。相反,他追求将许多不同来源的元素结合起来,将它们转变成崭新的东西。他成功了。
但《星球大战》还是包括了宇宙飞船、外星人、奇特的星球和高科技武器——这些都是科幻小说的元素。这些“科学”元素让幻想看起来更可靠。但这个“遥远的银河系”究竟有多大可能性是真实存在的呢?
在《新希望》推出的时候,答案是“完全不可能”。但是在《星球大战》推出之后,一些奇怪的事情发生了。科学开始追赶乔治•卢卡斯的想象。
物理学家得出了理论上可行的星际旅行的方法。最近的研究显示地外行星和外星生命比我们之前所认为的更加普遍。许多机器人科学家现在认为情感可能是制造智能机器人的关键部分。那么原力呢?一些科学家已经有了实现原力的理论学说。
我们已经意识到宇宙是一个远远超越我们认识的陌生的地方,充满了惊喜和永远新鲜的秘密。比如说今天不可能的事情,明天你就能说明该怎样做到它。所以虽然乔治•卢卡斯可能不是有意创造出一个从科学的角度来说准确的宇宙,但科学可能正在把他的想象变成现实。
这并不是说《星球大战》没有时不时地在科学上栽大跟头。汉•索洛吹嘘说自己在不到12秒差距内跑完了科舍尔航程,这是《星球大战》电影里最糟糕的科学错误。因为秒差距是距离单位,所以汉实际上在吹嘘自己在12英里内到达了凯索。如果从这里到科舍尔是12英里(约19.3千米),也没有什么大不了的。
但是本书的主题不是对《星球大战》吹毛求疵,而是从科学的角度探索我们深爱的《星球大战》。我们从最新的研究和理论中了解到了可以怎样实现超空间跳跃、怎样用光剑决斗、怎样与像加•加•宾克斯这样的外星人见面、怎样让R2执行秘密任务 ,或者用原力抬起一样东西。科学创造出来的不可思议的发现可以给我们带来一些独特的见解。检验电影中出现的可能性将我们带到了科学那些引人入胜的前沿地带,在这里我们的现实观念被打破了,在这里还有未被解释的秘密,在这里我们与根本的存在意义产生了矛盾。
你不需要特别的科学背景知识就可以理解这本书。每一个主题都建立在前一个主题之上,如果你按顺序阅读这本书,将会从书中获得最大的享受。如果你需要知道某一个词语的意思,可以查看索引找到第一次提出这个词的页码。这页可以提供解释。本书中所有的度量衡都以美国通用单位给出,长度用英尺或者英里,温度用华氏温标,除非另有说明。
本书涉及四部《星球大战》电影:《新希望》(原来名字是《星球大战》 ),《帝国反击战》,《绝地归来》和《幽灵的威胁》。应该清楚的是,我是在《幽灵的威胁》上映 之前写这本书的。我从各种资源搜集关于电影的信息,但我没有看这部电影。偶尔书中也包括了《星球大战》书籍和漫画的信息——当它们对问题的解答有帮助的时候。如果你最近没有看这些电影,你在看这本书的时候可能想再看一次(好像你需要理由再看一次)。
这本书也包括了一些所谈论领域前沿科学家的观点、意见和反应。在和他们中许多人谈话的时候,我发现他们不仅是真心喜爱《星球大战》,而且他们相信总有一天,我们在电影中看到的包含有各种元素的未来可能会实现。
乔治•卢卡斯在1977年第一次将《星球大战》搬上银幕的时候,他是一位梦想家。在看完《星球大战》以后,我像许多粉丝一样,想要活在他的梦想里,活在那“遥远的银河系”里。科学发现也许有一天会使梦想成真。

文摘
没有星球,哪来帝国——行星是如何诞生的?

要想有《星球大战》中一般的宇宙,首先我们需要的是行星,大量的行星。如果我们的太阳系只是一个意外,而我们恰好绕着宇宙中唯一拥有行星的恒星公转,那么我们将永远不能穿越银河系,到那头接受绝地武士的训练,在另外一个类太阳系建造秘密基地,或者卷入酒吧恶战,与具有智慧的外星生命打架。
我们宇宙中的行星数目有多么庞大?让我们先看看星球是怎样形成的,以及要形成星球,什么原材料是必备的。要构建一颗像地球一样的岩质行星,我们需要像铁、碳、氮和氧这样的重元素。不幸的是,这些重元素很稀少。两种轻元素——氢和氦构成了宇宙中99.8%的原子。要想制作一颗恒星,氢和氦是最好不过的原材料了,但是要想创造类地星球或者是复杂的生命形态,这还不行。在宇宙起源的时候甚至都不存在较重的元素,所以恒星刚刚形成的时候,没有类地行星围绕它们运行。然而,在那之后,恒星通过核聚变反应稳定地产出较重的元素,核聚变反应同时也为恒星提供发光的能量。
在核聚变反应中,较轻的元素合成较重的元素,在这个过程中能量就产生了。当恒星消耗完能量、死去的时候,它通过爆炸或者喷射出它的外层来将重元素释放到太空中。超新星的爆炸释放出巨大的能量,创造出更加重的元素。
如果恒星所存在的星系足够大,比如像我们的银河系这样大,星系的重力就会把重元素保留在星系里面。它们与其他的碎片结合形成气体云或者尘埃,最终还可能成为新的恒星或者行星。这些新的、年轻的恒星有可能拥有类地行星,因为上一代周到地为它们提供了必要的重元素。
鉴于星球大战发生在“很久以前”,那么会不会发生在太久之前而不具备拥有类地行星的条件呢?宇宙在一百五十亿年前形成,直到一百亿年前才有足够的重元素来创造出像地球一样的行星。布鲁斯•贾科斯基(Bruce Jakosky)博士是科罗拉多大学波尔得分校大气和空间物理学实验室的地质学教授,他总结道:“如果我们讨论的是几十亿年前,说‘许多年前’是可以的,但是如果是一百几十亿年前——那就太久远了。”所以我们得把视野缩窄一点。
一旦我们拥有了原材料所需的重元素,那么行星究竟是怎样形成的呢?根据目前的理论,碎片形成了旋转云。就好像是比萨的面团,如果我们甩动旋转它,它就会变成薄薄一层面皮;相似地,旋转云将会塌缩成一种薄的旋转物质盘。物质盘由气体、尘埃和冰冻的化学物质构成。物质盘密度大的内部首先结合成恒星。这时候,物质盘看起来像是旋转的飞碟,中间有一个洞,恒星就在中间的洞里。贾科斯基博士提到构成行星发源地的物质盘十分常见。“大约四分之一到二分之一的恒星,当它们形成的时候,会留下这些圆盘。”
物质盘中物体的颗粒聚集在一起形成大颗粒的灰尘。这些大颗粒互相碰撞构成更大的颗粒,最终成为被称作微行星的小型星体。微行星可能只有几英寸的直径,也可能像月亮一样大。一些微行星保持较小的体积,成为小行星或者彗星。其他的微行星绕着太阳公转,将继续相互撞击和融合。从某种意义上来说,它们将横扫离太阳相同距离的轨道上的所有的物质。当一颗微行星收集了太阳周围一条轨道带上的所有物质后,它就能成为一颗行星。离恒星越近的轨道圆周长也就越短,继而制造行星的材料也就越少。所以,理论上,离恒星越近的行星体积越小,离恒星越远的行星体积越大。
与恒星之间的距离除了影响行星的规模以外,还影响行星的成分。离恒星越近,物质盘越热,只有那些具有高熔点的物质,比如铁和岩石能够保持固态。因此,大多数微行星和行星是由这些元素组成的。在我们的太阳系中,离太阳近的四大行星——水星、金星、地球和火星主要是由密度大的岩石和铁构成的。离太阳远的地方,气温更低,更多的物质凝结起来,比如水、甲烷、氨气,它们构成了地外行星的核心部分。行星越大,引力就越强,也就可以吸引更多的轻气体,比如氢气聚集在核心周围成为庞大的大气层。这一系列过程催生了遥远的气态巨星,比如木星和土星。以木星为例,它的核心部分是地球的十倍重,这很了不起,但如果再算上它厚实的氢氦大气层,木星的质量可以高达地球的318倍。每一颗行星都是其独特形成环境的产物。
如果这个理论是正确的,那么行星的构成就是恒星形成的一个自然部分,宇宙中应该有很多行星。我们当前的理论在解释太阳系内的特征上效果颇有成效。但直到最近,我们依旧没有其他任何太阳系可以用来测试比较。
在过去的八年里,一连串的发现让行星形成的理论变得疑点重重。行星比之前更加普遍,这支持了我们的理论,但人们发现在其他恒星周围的行星和我们自己太阳系内的行星不太一样,这让我们不由得产生思考。贾科斯基博士解释说:“我们发现的许多行星都是古怪的行星。”为了解释这些古怪行星的存在,许多新的理论纷纷被提出。虽然大多数还是以物质盘围绕着正在形成的恒星旋转开始,但也有许多人提出了和太阳系形成的方式十分不一样的形成方式。这是为什么?因为我们渐渐意识到宇宙比我们想象的更加奇特、多样。

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