战双技术细节考据|从真空零点能谈起
精细结构常数-alpha-
2022年08月18日 21:14
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共4篇

对于一部科幻作品,什么是最重要的?当然是其所涉及的科学。

科幻有很多种,有如同《2001:太空漫游》一般完全由准确科学构成基础的,也有如同《星球大战》一般基于假想理论的;有只关注于文明,宇宙,科学问题的,也有略去科技成分更注重人文关怀的。

作为一名对技术细节情有独钟的硬科幻爱好者,我读遍各种物理学理论,看过各种经典科幻小说,也分析了市面上各种二次元科幻游戏的设定,最后总结出来:

(当然纯粹是我个人看法。其实国外科幻和奇幻并非那么泾渭分明,大家都是很包容的。以下作品绝对可以算得上科幻)

《崩坏3》是打着科幻标签的奇幻。虽然文案组也援引各种科学术语写了一些令人眼花的“科学设定”,但改变不了它架空的本质。

《幻塔》比较软,因为它所涉及的技术很大程度上是架空的。

《深空之眼》只有一个比较科幻的背景。因为是虚拟世界可以乱来,所以里面的角色全是神话人物,后面甚至搞出了轮回这一说。(而且人家也没标榜自己是科幻)

《少女前线》系列我没有仔细看过。有许多应该很有意思的设定,但人家主要还是在讲一个硬核战争史诗的故事。

还有《锚点降临》、《尘白禁区》之类一系列,也都是基于一些架空设定。因为只是大概看过很少一部分剧情,可能理解地不全面。(毕竟时间宝贵)

《崩坏:星穹铁道》,看过一个UP讲过一个支线任务,确实表达出了只属于科幻的浪漫,但由于是崩坏系列,不够准确科学。

还有还未上线的《银河境界线》,纯纯的太空歌剧,一上来给你放一大堆文字设定,喜欢《银河帝国》的同学可以关注一下。但正如《银河帝国》后来出了个心灵操纵的离谱设定,《银河境界线》里也有“异能”的设定。

……

《战双帕弥什》介于软硬科幻之间。它能让我一个很难接受架空设定的硬科幻忠实爱好者坚持看完全部剧情,秘诀在于它绝大多数的设定似乎都是可以用现代科学或逻辑解释的。

举个最简单的例子:为什么丽芙和露娜会飘着走?因那时人类已经验证了统一场论(即引力和电磁力等其他3种相互作用同一的理论),就可以制造反重力装置了。

话不多说,我们先从一切问题的根源——真空零点能谈起。

1.什么是真空零点能

一切的一切,要从1928年,物理学史上最优美的方程之一说起。

20世纪初期的物理学,风云激荡,传奇迭起。统治世界百年的经典物理突然遇到了困境,无法解释高速运动下和微观世界的现象,大厦将倾,风雨飘摇。

于是爱因斯坦、普朗克等巨匠横空出世,提出了相对论,量子论,成功解释了此前经典理论无法解释的现象,吸引无数天才投入其研究之中。

在玻尔,薛定谔,海森堡,玻恩,德布罗意等人前赴后继的努力之下,一个名为量子力学的全新体系在量子论之上建立。它抛弃了许多在经典物理中人们习以为常的概念(如绝对的速度,位置,能量……),彻底颠覆了人们对物质基本单位的认识,但却在一次次实验的锤炼下越发坚挺,很好地解释了微观世界。

但是,它也并非完美无缺:当你试图用薛定谔方程求解高速运动的电子的波函数时,薛定谔方程就失效了。

也就是说,旧的理论只适用于低速运动的体系,不适合解决高速运动下的问题!

于是,在1928年,一位来自英国剑桥大学的年轻人保罗·狄拉克在深思熟虑之下,提出了一个无比简洁优美的方程:

其实这是简化过的形式。只有理解了它才会真正明白它的优美

狄拉克方程完美地描述了高速运动下电子的行为,还包含了此前理论不曾包含的电子自旋现象,是狭义相对论与量子力学的完美结合。其他细节这里我就不赘述了,可以(非常建议)自行查找资料了解一下。

But,还有一个问题。

求解狄拉克方程,会得到4组不同的解。前面两组看起来很正常,很明显代表电子的两种自旋状态。但剩下两组看起来就很怪异了:出现了负能量的情况!!!

但是,狄拉克凭借着天才的想象力完美解释了这一现象:

负能量对应着“负能级”,真空中到处都是“负能级”,那里早已被电子填满了。所以真空是一片电子组成的海洋(狄拉克之海),只不过我们无法观测到那些待在“负能级”的电子。

看看狄拉克自己是怎么解释的:

我们按此方法可以推断,方程(11.56)的负能解与某种新粒子的运动相关,该粒子与电子有着相同的质量和相反的电荷,实验上已经观测到这种粒子并命名为正电子。但是,不能简单地说负能解代表正电子,因为这样说会使整个动力学关系完全错误。比方说,一个正电子具有负的动能肯定不对,因此必须在多少不同的立足点上建立正电子的理论。我们假设几乎所有的负能态都被占据,根据泡利不相容原理,每一个态上占据一个电子,一个未被占据的负能态就会表现为有正能量的某种事物,而要使它消失,就需要把它填充起来,这样就必须对它加上一个具有负能的电子。我们假设这些未被占据的负能态是正电子。

这些假设要求,世界上处处都有密度为无限大的电子分布,完全真空,是哪些所有正能态都未被占据而所有负能态都被占据的区域。在完全真空的区域……负能电子的无限分布对电场没有贡献,只有相对于真空中这种分布的偏移才对麦克斯韦方程中的电流密度j0有贡献。因此,每个被占据的负能态贡献-e,而每个未被占据的负能态贡献+e。

不相容原理的作用使一个正能电子不能跃迁至负能态。但是,这样的电子落到未被占据的负能态是可能的。这种情况,应当有一个电子与一个正电子同时消失,它们的能量以辐射的方式释放,其逆过程就是从电磁辐射中产生出一个电子与一个正电子。                                                                                           ———摘自《量子力学原理》 P.A.M.狄拉克著

狄拉克预见了反物质的存在,还为量子场论的创立奠定基础,提出了真空极化(即粒子和对应反粒子从真空中产生)的概念。从此在物理学家眼中,真空不再是空无一物,真空之中也存在能量涨落。

推荐一部纪录片:《万物与虚无》第2集,专门探讨从古至今物理学对真空的理解,想深度了解的同学可以戳这里:万物与虚无 第2集​。

随着理论物理的发展,最初由狄拉克提出的“狄拉克之海”图景被现代量子场论代替。现代物理学中,真空是能量的基态,粒子其实是被激发的真空。

理论讲完了,就来谈谈实验方面。1948年,荷兰物理学家亨德里克·卡西米尔提出了一项检测这种能量存在的方案。从理论上看,真空能量以粒子的形态出现,并不断以微小的规模形成和消失。在正常情况下。真空中充满着几乎各种波长的粒子,但卡西米尔认为,如果使两个不带电的金属薄盘紧紧靠在一起,较长的波长就会被排除出去。接着,金属盘外的其他波就会产生一种往往使它们相互聚拢的力,金属盘越靠近,两者之间的吸引力就越强。1996 年,物理学家首次卡西米尔效应进行了测定。

理论预估的真空的本底能量很大,据约翰·惠勒估算,其能量密度可高达10^13J/cm^3.

从真空中提取能量并不违反能量守恒定律:从真空中凭空出现的粒子,过不了多久就会湮灭将能量还给真空。

真可以称得上是无穷无尽的清洁能源。

但是,从真空中提取能量面临着巨大的困难:我们不知道怎样提取。总不可以制造一个用卡西米尔效应驱动的发动机吧?卡西米尔效应产生的吸力实在太微小。

这就是为什么即使在黄金时代,统一场论都被人类验证了,零点反应堆还是没有实验成功。

(其实也没机会使用,零点能一生产出来帕弥什就爆发了)

2.零点能引擎

15章最后,拉斯特丽丝留下了一段意义重大的话:

还有一点, 只是我的一家之言,个人猜想,我本来不想将它也录进这条留言中。不过一个好的猜想的价值不亚于一个明确的结论。非常遗憾,我没有时间亲自验证它了,因此我把它留给你们,留给后来的找到这里的任何人。也许会对你们的工作有所助益。

我一直在思考帕弥什病毒出现的‘合理性’,我不认为零点能本身可以制造帕弥什。没有任何物理基础可以支持这个现象。自然界每一个物种的生态位都有其必要与合理性,羊群控制着草的数量,猛兽控制着羊群的数量。那帕弥什病毒呢?它在这里面扮演了什么角色?目前看来,真空零点能技术是帕弥什出现的重要条件。但我更倾向于零点能打开了一个通道,而不是零点能本身制造了帕弥什。

零点能反应堆是高度发达的物理和数学的产物。另外,帕弥什病毒对越先进的电子设备的感染能力越强。也就是说,原始文明不会有机会接触到帕弥什,帕弥什病毒不会从炉子或蒸汽机里面爬出来。就算接触到了帕弥什,只要他们还没发现电力、发明电子技术,那帕弥什就不会发挥真正的威力。

推论显而易见:帕弥什病毒针对的是高度发达的文明。

它寄生于文明之上,控制文明的数量。生病的文明如果不能痊愈,就只有灭亡。没错,这其实是一个老掉牙的猜想——文明的过滤器。

对于像我一样的技术党,这意味着全作核心设定——帕弥什病毒的出现有了合理的理由,使其变得可以接受。

文明过滤器也叫"The Great Filter"(大过滤器),是说宇宙存在着一种把没有生命的荒芜之地演化到星际文明的机制,这是一名叫做罗宾汉森(Robin Hanson)的学者在1996年提出的,他提出这个观点的目的就是为了回答"费米悖论",即"如果宇宙这么多行星,为什么人类迄今为止,仍然没有发现任何地外生命的迹象?"

该理论认为,在原始生命演化到高等文明的过程中,存在着一个一个的门槛,每一个门槛都会消亡一部分生命,能够到达最终的星际文明,寥寥无几,这个文明过滤器一共包含了9个门槛,每一个门槛都是递进关系。这些门槛包括:1. 恒星系统2.分子RND 3. 原核单细胞 4.多核单细胞 5.有性繁殖 6.多细胞生物 7.工具生物 8. 初步掌握空间的文明 9. 星际文明。

按照"过滤器"的说法,大部分文明在发展到人类在目前这个阶段,在成为星际文明之前,就把自己给作死了。

但其实这个理论中过滤文明的机制是自然的。而帕弥什这种东西很显然是高级文明设置的,有点黑暗森林理论那味:高级文明惧怕新生文明发展到他们那个程度与他们抢夺资源,就设置了这么一个阴间的机制,减少宇宙中文明的数量,或至少拖慢他们向宇宙发展的速度。

那么为什么这个门槛被设置在真空零点能那里?

拉斯特丽丝说过:

为了走向远方,我们建造了空中花园,然而航行星海的巨舰需要比以往每一次工业革命的驱动力都更加伟大的能源。

于是我们尝试超越太阳,掌控真空零点能。

很显然,掌握真空零点能技术是星际航行的必要条件。那个不做人的高等文明的目的,就是将即将离开母星摇篮,迈向宇宙星空的文明扼杀在摇篮中。

关于这个零点能引擎具体是怎么驱动宇宙飞船的,我们似乎可以在公认的纯正硬科幻《星之继承者》第2部中窥到一鳞半爪:

巨型超环体内部的微型黑洞组在闭合环路里面旋转,这种设计确实能够产生极高的引力势变化率,从而导致强烈的小范围时空扭曲,可是这个现象本身并没有直接推动飞船前进,而是在超环体的中心区域产生了一个焦点。微量的普通物质持续不断地被引到焦点,然后就湮灭了。根据质能守恒定律,湮灭的质量变成了引力能……伽星人把这个过程产生的效应描述为就像“作用在飞船四周时空结构里的一个应力”,而正是这种应力波在空间中不断地向前传播,才顺便把飞船也一起带走了。

简单来说,就是把真空能转化为引力势能,产生引力波推动飞船。因为引力其实是时空扭曲的效果,本质上是飞船所在的那片时空在移动,以飞船为参照物飞船运动速度小于光速,但以其他地方为参照物就是光速了。

19章告诉我们零点能引擎会放出引力波。这是否说明这个引擎的工作原理与上面提到的相似?

3.Ω档案

虽说战双的技术设定符合实际,但文案组不是科学家或阿瑟·克拉克或詹姆斯·P·霍根,不能保证一切推论的细节都准确无误。所以到了后期,战双的技术细节不再基于事实,而是基于一些模糊的推论。

Ω档案就是一个例子:本身就是一个未被解释的实验现象,经文案组天马行空的想象力,已经变成了一些奇奇幻幻的东西。(至于是什么你们自己看一些官方CG)

传说它是一个类似虫洞的机制,把吸收的病毒传送到其他地方。

(我很好奇万一这玩意儿被传送到了另一个有文明的星球会怎么样)

因为我们现在对它的认识还停留在唯象阶段,所以没有办法进行更深层次的解读(好吧其实是我太懒不想写了)

当我们斩杀一只感染体时,它体内的病毒不会消失,而是会逃逸到空气中,再感染下一个。

而有了Ω武器,那些病毒就会一劳永逸地被清除出地球。

所以,借拉斯特丽丝的话,“我相信人类会有一个光明的未来。”

结语:

20章剧情中,我们经由未来的七实得知了一件事:

人类很快就要掌握四维通信技术了!!!

估计会在里哥主场版本详细展开了讲。

对于科幻迷而言,这实在是一件值得激动的事。

让我们屏息凝神期待人类全新时代的到来!

谢谢大家,三连支持一下~~~~

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