和物理学家一起看电影 作者:郑载承-第12部分
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影片《星空奇遇记》中瞬间移动装置也起了重要的作用。由罗伯·韦斯制作拍摄的这部科幻电影近30年来一直以电视系列片的形式放映，受到了观众的热烈欢迎，已经数次被拍成电影。主要内容是讲述主人公乘坐〃企业〃号飞船向太空进发时经历的各种外太空文明的冒险故事。这部影片中瞬间移动装置以把太空船内的宇航员瞬间传送到偏僻行星的表面的装置登场。
起初罗登·贝利设计了一艘非常漂亮的太空船，但是出现了一个问题。那就是虽然〃企业〃号飞向太空时能顺畅地飞行但是着陆时却像左右摇晃的企鹅似的无法自由。再加上微薄的制作费，这艘太空船很难让观众看到它在行星表面着陆的场面。所以为了使太空船不着陆而把宇航员送到行星的表面，他们想出来的装置就是瞬间移动装置。
那么果真能瞬间移动吗？虽然光子状态的光成功地实现了瞬间移动但是要开发出像影片中那样连人也能瞬间移动的装置各方面都存在很多问题。有一本书尖锐地指出了瞬间移动装置的科学上的问题。那就是1995年著名的物理学家罗兰斯·克劳斯写的《星空奇遇记的物理学》。这本书很有意思，而且写得简单明了，书中凝聚了主攻中微子的理论物理学家渊博的知识，尖锐地指出了瞬间移动装置的科学性错误和不可行性。
首先，为了存储包含组成人体的原子的信息需要多大的容量呢？人体约有1028个原子组成。要知道每个原子所在的位置，每个原子就需要三个坐标。而且必须知道电子占有的能量准位、原子之间的结合强度和分子的运动状态等情况。存储所有这些信息每个原子约需要1
千字节。那么一个成人的信息量约达到1028kb。即使把全世界的书籍聚集在一起，信息化后存储的量才1012千字节
，所以存储一个人的信息需要难以计数的记忆卡。现在市场上销售的10吉硬盘一张的高度是3。5厘米，如果把人体的信息分散存储在多个硬盘内，总的高度将达到我们居住的银河系的宽度，即3500光年。
而且即使能成功实行存储，传送那些信息也不是件容易的事。有人计算后得出如果以每秒100兆的数字信息速度传送，那么传送一个人的信息量需要的时间是宇宙年龄的2000倍。（据推测，宇宙的年龄约是100亿岁）
而且分解组成人体的原子后如何传送也是一个问题。如果把物质解体成原子单位就需要惊人的能量来割断原子间结合能量。另外为了以接近光速的速度传送原子又需要许多的能量。因为如果加速原子至接近光速的速度，必须投入相当于整个粒子静止质量能量（E=mc2）的能量。
另一个难题在处理所谓量子力学的微观世界的范例中。根据海简贝勒克的〃不确定性原理〃，无论是开发出多么精确的技术，对于随机测定的对象，毫无误差地准确测定某一个特定的物理量是不可能的。所以准确地重新组合所有的原字位置和能量分布，再现人体理论上是不可能的。因为测定结果中常常存在无法避免的不确定性。
即使解决了以上所有难题，彻底地化学分析出构成人体的原子的浮动状态，制造出相同原子的集合体，那个人的记忆和梦、希望和灵魂也能同样复制出来吗？所以如果能用瞬间移动装置实现人体的瞬间移动，如果经过瞬间移动装置能使人体还原，人体也只不过是原字的集合体。唯物论的这种看法将得到事实的证明。如果你是一个相信灵魂的人，即使走再多的路也决不要瞬间移动。因为机器不会传送你的灵魂。
与物理学家一起看电影》连载（17）
连锁反应
最尖端的物理学在电影中出现了
科学家们的研究内容常常被用做科幻电影的主要素材。影片《变蝇人》中有描述科学家研究开发瞬间移动装置过程的介绍；《永远的蝙蝠侠》中匪徒谜妖（杰姆·凯利饰）开发了通过脑波控制人心里的电视，以此要挟蝙蝠侠。直接刺激脑神经的幻想体验作为主要动机出现在《脑海狂飙（Brain Storm）》或《二十一世纪前一天（Stranger Days）》中。但是电影中出现的科学家的发明或者科学技术看起来并非如此。前面提到的瞬间移动装置和《橡胶飞车（Flubber）》中出现的突发奇想的发明利县市还很遥远。
影片《橡胶飞车》中化学家罗宾·威廉姆斯是一位连自己的结婚日都忘了，一味埋头于自己研究的天才科学家。世上自然没有这样的科学家，但是他发明的橡胶球也许是现实中不可能存在的物质。他发明的橡胶弹性非常好，能自己产生能量自动来回弹跳。所以取了个意为〃飞来飞去的橡胶〃的名字〃飞行橡胶（Flying Rubber）〃。
但是飞行橡胶违反了组成宇宙的最基本的法则〃能量守恒定律〃。所谓能量守恒定律是指不管什么物质都不能自己生成能量或消灭能量。而是只是转变成了另一种形态。所以拿着橡胶球轻轻地抛出时我们最期望看到的就是橡胶球重新回到原位。这种情况称为〃完全弹性冲突〃，不转化和摩擦能一样不能重新恢复的能量，下落时从势能转化成动能，上升时再转化成势能。如果橡胶球的势能在空气或地面转化成摩擦能或热能，橡胶球就很难再回到原位。即只能回到比原来较低的高度。所以橡胶球上升到比下落高度更高的地方或随意运动的情况是不可能出现的。实际上如果物质具有这种性质的话就不用担心能量的枯竭了，遗憾的是这种事是绝对不存在的。
然而和影片《橡胶飞车》不同，类似的科学理论或科学技术有时也出现在电影中。基努·李维斯主演的影片《连锁反应（Chain Reaction）》就是如此。这部电影虽然没有引起人们的关注但是对主攻物理学的人提供了相当有意思的看点。
制作拍摄电影《亡命天涯（The Fugitive）》和《暴走潜龙（Under siege）》的导演安德鲁·戴维斯选择了他的故乡伊利诺伊州内的芝加哥大学物理学实验室作为《连锁反应》的背景。（实际上拍摄这部电影的地方是芝加哥附近的著名阿格纳国家实验室）研究生艾迪（基努·李维斯）偶然间在气缸样子的液体管中听到了自己用电子键盘发出的特定频率的声音，由此获知随着液体管内发出火光，接着会发生一系列地连锁反应，释放出惊人的能量。他找到了释放出对环境无害、安全而又巨大的能量的方法。但是这种发现的喜悦是短暂的。知道这件事的共同研究者、政府人员波尔·赛纳恩（摩根·弗里曼饰）打算除掉艾迪和他的指导教授莉莉·辛格莱尔（瑞查·威兹饰）
事实上美国政府很早以前就开始秘密进行这个项目的研究了。但是这项技术以纯粹的研究成果向全世界公布的话，期间不仅使美国投资研究的成果变得毫无意义，而且难以投入商用。影片描绘了基努·李维斯和政府的阴谋之间的精彩决斗。
如影片所述，现实中存在释放声波后发光的现象。这种把声波能转化成光能的现象叫做〃声致发光（Sonoluminescence）〃。翻译成我们的话就是〃声音发光〃。气缸型液体管内发出声音的话，声波能将会形成出非常小的气团。声波使小气团剧烈地震动，气团就会反复忽小忽大，约有50微米大小。这时液体内几乎没有空气分子，所以气团几乎处于真空状态。相反，液体相对就像具有了很高的压力。这样的压力不均衡再次把气团粉碎成1微米大小的气珠。在粉碎的瞬间气团中瞬间就发出光来。
科学家们测定的结果是这样发出的光的频率在比可视光或红外线更高的紫外线范围内。甚至有时还发出X光，但是这时X光大部分都被液体吸收了所以很难探测到。放出紫外线时气团附近的液体温度升高到2万5千度，更高的话能达到10万度。
这比太阳表面的温度还高7000度。测定结果显示：光大约以50兆分之1秒的速度在极短时间内发出。
1989年美国物理学家Felipe Gaitan和Lawrence Crum成功地利用一个气团看到了声波发光现象。他们把一段导线放置在盛水的长颈瓶中，通电使之生热。随着导线周围水的温度升高，瓶内就产生了充满蒸汽的小气团。这时通入声波，气团开始爆破，迅速粉碎。瞬间导线周围的温度就超过了7万2000度。
那么它是如何实现的呢？1934年两名德国科学家首先发现了这个现象，但是对于它的原理科学家们至今还存在不同意见。其中最有说服力的理论是用〃冲击波（Shock Wave）〃的理论解释声波发光。这个理论是Andrea Prosperetti博士提出的，1997年4月被刊登在美国声波学会刊上，首次为世人所知。如果气团突然粉碎成0。5微米大小，温度约升高至1万度的事实是众所周知的。但是这对于放射紫外线来说温度还远远不够。如果气团以比声波更快的速度（超声波Supersonic Speed）粉碎的话就能制造出冲击波。Prosperetti博士作了个计算：如果这能量聚积在200亿分之1米大小的空间内就能产生100万度以上的高温。
那么声波发光现象果真能释放出惊人的能量吗？如果根据影片中的情况推测，声波发光将会引起氢转变成氦的连锁核聚变反应，释放出大量的能量，也能看到从水中分离出氢，然后诱发的氢爆连锁反应。
从理论上看，这样的现象是可能发生的。根据声波发光，气团内的温度急速上升，气团要受到收缩至相当大小的所需要的压力。如果达到了这么高的温度和粉碎压力就能引发轻微的核聚变反应。举例来说，气团内的原子瞬间加热至高温状态，在高压下互相融合，释放出核聚变能量。
根据数名科学家用劳伦斯里夫莫国家实验室的超级计算机模拟的结果，得出结论：利用声波发光能把温度升高至10万度，能制造出大气压的数百万倍的压力。太阳发光是内部氢转变成氦的过程中释放出能量的缘故，即核聚变能量，所以如果能产生出比太阳内部更高的温度，即一万度以上的温度就能发生核聚变反应。这为其提供了证据。
但是根据实际的实验显示：生成声波发光所需能量非常小。为了产生和模拟结果同样水准的核聚变反应声波发光必须产生现在的10倍到接近100倍的能量。影片的场面中主人公能用一杯水制造出芝加哥市内一周所需的能量。但是罗兰斯·利伯莫国家研究所的威廉姆·莫斯在美国的科学杂志《科学新闻》上如是说。〃即使全球到处都有声波发光装置，也许必须满足把一杯水加热到几度。
影片中出现了主人公艾迪做着摩托车挡住冲击波的场面。依靠如此弱的反应就能获得影片中所描述得那么强的能量是不可能的。如果利用氢的同位素重氢也许可能，但结果仍是个未知数。
十分科学式的这部电影中也隐藏着科学上的错误。研究生艾迪结束研究后休息时，敲打电子键盘偶然发现了声波发光现象。通入特定频率时突然发生了声波发光的连锁反应。但是实际上即使电子键盘发出声波也看不到声波发光现象。为了产生声波发光现象必须准确地向液体管内的气团发送声波。所以不可能通过电子键盘从最底部发送声波。
