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《星球大戰》裡的科學(簡體書)
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商品簡介

作者簡介

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目次

書摘/試閱

前美國宇航局(NASA)天體物理學家珍妮卡維洛斯對《星球大戰》中各種科幻元素是否可以變為現實進行的一場科學暢想。她用最通俗的語言,向非專業讀者解釋了那些科幻與科學相互交叉的前沿知識,比如:星際旅行、具有思想和情感的機器人、可供人類居住的地外行星、奇異的智慧生命形式、高科技武器和太空船。
書中回答了諸如這樣的問題:
*像“千年隼號”這樣的飛船如何在多維空間中進行星際穿越?
*能造出像“死星”這樣摧毀整個星球的武器嗎?
*為什麼達斯維達需要人工呼吸器?
*我們造出的機器人和C-3PO和R2-D2有多相像?
*能造出“光劍”嗎?如果可以,它們將如何工作?
*《星球大戰》中的各種外星人看起來像“真正的”外星人嗎?
*像塔圖因星球一樣的沙漠星球能誕生什麼樣的生命?
*我們運用“原力”進行“意念移物”和心靈溝通嗎?
珍妮卡維洛斯,科學家,科普作家。前美國宇航局NASA天體物理學家,曾任職於詹森航太中心的宇航員培訓部。她編輯出版過眾多獲獎和暢銷書,曾獲得“世界奇幻小說獎”和“文學先鋒作品獎”。
編輯推薦
★前NASA天體物理學家、宇航員珍妮卡維洛斯對《星球大戰》中科幻元素的科學解讀。
★《星戰》觀影必備讀本。
★包含理解“系外行星、外星人、星際旅行、智慧型機器人、原力”等概念的所有必知常識。一本書奠定看科幻作品的知識基礎。
★如果《星球大戰》是一部太空歌劇,本書則為這部歌劇搭建出現實的舞臺。
引言
1行星壞境
沒有星球就沒有帝國——行星是如何誕生的?
一天一行星,帝國無蹤影——如何發現類地行星?
雙生太陽——行星可能有兩個太陽嗎?
恒星系從你的指尖滑過了嗎?——擁有類地行星的恒星系需要具備什麼特徵?
天空上那是一顆流星,還是帝國在搜捕我——如果一顆行星頻繁遭受流星撞擊會對生命有怎樣的影響?
宇宙是半空還是半滿的?——行星產生生命有什麼必要條件?
域外家園——不同星球上的物種能相聚在一個星球上嗎?
“天地之大,超乎想像”——宇宙中曾遍佈生命嗎?
旅行到納布星內部——內部佈滿洞穴的行星可能存在嗎?
恩多星的衛星——行星的衛星上可能存在生命嗎?
“宇宙的閃亮中心”——像塔圖因一樣的沙漠星球適宜人類殖民嗎?
2外星人
外星人是怎樣成為外星人的——外星生命可能長什麼樣?
毛球還是天才——外星生命有智慧嗎?
你的耳朵下垂嗎——加加賓克斯生存在什麼樣的環境中?
伍基人的黎明——什麼環境造就了伍基人?
雖然他可以“吼吼吼”,但不意味著是聖誕老人——赫特人賈巴如何在塔圖因的環境下生存?
太空蛞蝓——太空蛞蝓這樣的生物能活在真空中嗎?
需要多少外星人才可以引發一場酒吧鬥毆——外星人的感官和我們一樣嗎?
泰迪熊什麼時候可以去郊遊——伊沃克人是在什麼環境中進化的?
小型動物、大型動物、毛茸茸的動物——塔圖因星球的非人形沙漠生物都有什麼有趣的特徵?
你的前燈開啟了嗎?——塔圖因星球上的類人物種都是什麼樣子?
絳德蘭荒地,家一樣的感覺——人類是怎麼適應塔圖因星球的環境的?
3機器人
輪子還是雙腿——為什麼常見機器人的運動都用輪子而不用腿?
這些坦克是造出來行走的——四足的步行機能穩定、快速地行進嗎?
我,機器人——怎麼讓機器人有智慧?
你聽到我所聽到的了嗎——如何創造出有感覺的機器人?
機器人會夢見機器羊嗎——給機器人賦予情感有什麼意義?
為什麼漢和C-3PO永遠不能成為朋友——機器人該如何學會識別人類的情感?
我沒事,你這個“超重的潤滑油胖球”——能創造出真正有情感的機器人嗎?
嘮嘮叨叨就是我——該如何讓機器人表達情感?
你和你的電腦之間結成了愛的聯繫了嗎——人與機器人能產生多深的感情?
六百萬美元的西斯——半機械人有可能出現嗎?
4飛船與武器
秒速186000英里——人類能達到光速嗎?
生而分離——在接近光速的速度下時間是如何變化的?
“比子彈還快”根本不夠快好麼——火箭和飛船是怎樣被推進的?
銀河維修站——我們的銀河系中能找到星際航行的燃料嗎?
“你們進來的時候沒有定好出去的計畫嗎”——“超空間”真的存在嗎?
無中生有——太空中的“真空能量”能為我們所用嗎?
如果賈巴能來找漢索洛,為什麼還要讓漢索洛去找它呢——曲率驅動的理念應用了什麼原理?
星球之歌——超弦理論是什麼意思?
哪邊是上——有可能製造人工重力嗎?
哪邊是下——我們有沒有可能實現反重力?
自吹自擂的漢索洛——漢索洛口中的“12秒差距”到底是不是個錯誤?
有了疑惑就開槍——鐳射和鐳射武器有什麼樣的原理和應用?
劍柄頂端的閃電——什麼是“等離子體”?
5原力
原力可能會與你同在嗎——原力的能量無處不在嗎?
科學家可能成為絕地武士嗎——科學家怎麼看待原力?
第五種元素
你和原力有聯繫嗎
你將會讀完這本書,而且會喜愛上這本書
第五種力
絕地武士也不敢涉足的領域
它就在你的思維裡
來自第四維度的入侵者
禪宗和充耳不聞的藝術
在實驗室裡測量原力——是否能用實證研究來證明存在超自然現象?
伸出手聯繫某人——心靈感應如何將資訊傳遞給別人?
原力不存在於我們身上,而是在星際間
偷窺的絕地武士——真的有人是“千里眼”嗎?
科學家的反擊
絕地武士帶我走
大蜥蜴和絕地大師
後記
濃縮的都是精華
“我有一個不祥的預感”
“原力在我的家族血脈中澎湃”
你確定那晚沒有酒後亂性麼

前言
1977年5月的一天,還是初中生的我走進了錫拉丘茲的一家電影院。當我走出來的時候,一切都大不一樣了。開場鏡頭中殲星艦越飛越遠、直到消失在螢幕中的場景讓我心跳加速。我從來沒有見到這樣一個離奇、逼真、令人驚歎不已的宇宙。我真想住在那“遙遠的銀河系”裡。不過在兩個小時的電影時間裡,我確實有身臨其境的感覺。
當時,我已經被星際旅行這個想法吸引了,而《星球大戰》更是為我在星際探險和外星生命方面的興趣添了一把火。雖然在上大學修讀天體物理學的時候,我被一遍一遍地灌輸了科學真理,這些真理讓《星球大戰》變得不實際——我們不可能比光速更快;各種因素難以置信的組合使得地球上產生了生命,然而其他的行星上存在這些因素並誕生外星生命的可能性微乎其微;即使有一天我們能製造出先進精密的機器人,他們的行為依舊不能像人類一樣——雖然他們會有邏輯,但絕不會有人類的情感。原力?更純屬幻想。
偶爾也有一些反對的聲音,但大多數科學家認為喬治盧卡斯的宇宙和他們所知道的宇宙是大相徑庭的。
說句公道話,我不認為喬治盧卡斯在創作《星球大戰》的時候,特別考慮到了科學問題。電影的開場白聽起來更像是神話故事的開頭,而不像是科幻故事的開篇。從許多方面來說,《星球大戰》感覺像是幻想,而裡面的原力擁有神秘的力量,稱為絕地武士的偉大的巫師施展著這種原力,正義與邪惡的強大力量一次一次在史詩般的鬥爭中出現。在創作《星球大戰》這個科幻、奇幻、神話各占三分之一的電影時,喬治盧卡斯並沒有追求創造出一個和我們當前對科學的理解一致的未來宇宙。如果他這樣做了,這將會成為一部情節推動緩慢的電影。相反,他追求將許多不同來源的元素結合起來,將它們轉變成嶄新的東西。他成功了。
但《星球大戰》還是包括了太空船、外星人、奇特的星球和高科技武器——這些都是科幻小說的元素。這些“科學”元素讓幻想看起來更可靠。但這個“遙遠的銀河系”究竟有多大可能性是真實存在的呢?
在《新希望》推出的時候,答案是“完全不可能”。但是在《星球大戰》推出之後,一些奇怪的事情發生了。科學開始追趕喬治盧卡斯的想像。
物理學家得出了理論上可行的星際旅行的方法。最近的研究顯示地外行星和外星生命比我們之前所認為的更加普遍。許多機器人科學家現在認為情感可能是製造智慧型機器人的關鍵部分。那麼原力呢?一些科學家已經有了實現原力的理論學說。
我們已經意識到宇宙是一個遠遠超越我們認識的陌生的地方,充滿了驚喜和永遠新鮮的秘密。比如說今天不可能的事情,明天你就能說明該怎樣做到它。所以雖然喬治盧卡斯可能不是有意創造出一個從科學的角度來說準確的宇宙,但科學可能正在把他的想像變成現實。
這並不是說《星球大戰》沒有時不時地在科學上栽大跟頭。漢索洛吹噓說自己在不到12秒差距內跑完了科舍爾航程,這是《星球大戰》電影裡最糟糕的科學錯誤。因為秒差距是距離單位,所以漢實際上在吹噓自己在12英里內到達了凱索。如果從這裡到科舍爾是12英里(約19.3千米),也沒有什麼大不了的。
但是本書的主題不是對《星球大戰》吹毛求疵,而是從科學的角度探索我們深愛的《星球大戰》。我們從最新的研究和理論中瞭解到了可以怎樣實現超空間跳躍、怎樣用光劍決鬥、怎樣與像加加賓克斯這樣的外星人見面、怎樣讓R2執行秘密任務 ,或者用原力抬起一樣東西。科學創造出來的不可思議的發現可以給我們帶來一些獨特的見解。檢驗電影中出現的可能性將我們帶到了科學那些引人入勝的前沿地帶,在這裡我們的現實觀念被打破了,在這裡還有未被解釋的秘密,在這裡我們與根本的存在意義產生了矛盾。
你不需要特別的科學背景知識就可以理解這本書。每一個主題都建立在前一個主題之上,如果你按順序閱讀這本書,將會從書中獲得最大的享受。如果你需要知道某一個詞語的意思,可以查看索引找到第一次提出這個詞的頁碼。這頁可以提供解釋。本書中所有的度量衡都以美國通用單位給出,長度用英尺或者英里,溫度用華氏溫標,除非另有說明。
本書涉及四部《星球大戰》電影:《新希望》(原來名字是《星球大戰》 ),《帝國反擊戰》,《絕地歸來》和《幽靈的威脅》。應該清楚的是,我是在《幽靈的威脅》上映 之前寫這本書的。我從各種資源搜集關於電影的資訊,但我沒有看這部電影。偶爾書中也包括了《星球大戰》書籍和漫畫的資訊——當它們對問題的解答有幫助的時候。如果你最近沒有看這些電影,你在看這本書的時候可能想再看一次(好像你需要理由再看一次)。
這本書也包括了一些所談論領域前沿科學家的觀點、意見和反應。在和他們中許多人談話的時候,我發現他們不僅是真心喜愛《星球大戰》,而且他們相信總有一天,我們在電影中看到的包含有各種元素的未來可能會實現。
喬治盧卡斯在1977年第一次將《星球大戰》搬上銀幕的時候,他是一位夢想家。在看完《星球大戰》以後,我像許多粉絲一樣,想要活在他的夢想裡,活在那“遙遠的銀河系”裡。科學發現也許有一天會使夢想成真。
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沒有星球,哪來帝國——行星是如何誕生的?

要想有《星球大戰》中一般的宇宙,首先我們需要的是行星,大量的行星。如果我們的太陽系只是一個意外,而我們恰好繞著宇宙中唯一擁有行星的恒星公轉,那麼我們將永遠不能穿越銀河系,到那頭接受絕地武士的訓練,在另外一個類太陽系建造秘密基地,或者捲入酒吧惡戰,與具有智慧的外星生命打架。
我們宇宙中的行星數目有多麼龐大?讓我們先看看星球是怎樣形成的,以及要形成星球,什麼原材料是必備的。要構建一顆像地球一樣的岩質行星,我們需要像鐵、碳、氮和氧這樣的重元素。不幸的是,這些重元素很稀少。兩種輕元素——氫和氦構成了宇宙中99.8%的原子。要想製作一顆恒星,氫和氦是最好不過的原材料了,但是要想創造類地星球或者是複雜的生命形態,這還不行。在宇宙起源的時候甚至都不存在較重的元素,所以恒星剛剛形成的時候,沒有類地行星圍繞它們運行。然而,在那之後,恒星通過核聚變反應穩定地產出較重的元素,核聚變反應同時也為恒星提供發光的能量。
在核聚變反應中,較輕的元素合成較重的元素,在這個過程中能量就產生了。當恒星消耗完能量、死去的時候,它通過爆炸或者噴射出它的外層來將重元素釋放到太空中。超新星的爆炸釋放出巨大的能量,創造出更加重的元素。
如果恒星所存在的星系足夠大,比如像我們的銀河系這樣大,星系的重力就會把重元素保留在星系裡面。它們與其他的碎片結合形成氣體雲或者塵埃,最終還可能成為新的恒星或者行星。這些新的、年輕的恒星有可能擁有類地行星,因為上一代周到地為它們提供了必要的重元素。
鑒於星球大戰發生在“很久以前”,那麼會不會發生在太久之前而不具備擁有類地行星的條件呢?宇宙在一百五十億年前形成,直到一百億年前才有足夠的重元素來創造出像地球一樣的行星。布魯斯賈科斯基(Bruce Jakosky)博士是科羅拉多大學波爾得分校大氣和空間物理學實驗室的地質學教授,他總結道:“如果我們討論的是幾十億年前,說‘許多年前’是可以的,但是如果是一百幾十億年前——那就太久遠了。”所以我們得把視野縮窄一點。
一旦我們擁有了原材料所需的重元素,那麼行星究竟是怎樣形成的呢?根據目前的理論,碎片形成了旋轉雲。就好像是比薩的麵團,如果我們甩動旋轉它,它就會變成薄薄一層面皮;相似地,旋轉雲將會塌縮成一種薄的旋轉物質盤。物質盤由氣體、塵埃和冰凍的化學物質構成。物質盤密度大的內部首先結合成恒星。這時候,物質盤看起來像是旋轉的飛碟,中間有一個洞,恒星就在中間的洞裡。賈科斯基博士提到構成行星發源地的物質盤十分常見。“大約四分之一到二分之一的恒星,當它們形成的時候,會留下這些圓盤。”
物質盤中物體的顆粒聚集在一起形成大顆粒的灰塵。這些大顆粒互相碰撞構成更大的顆粒,最終成為被稱作微行星的小型星體。微行星可能只有幾英寸的直徑,也可能像月亮一樣大。一些微行星保持較小的體積,成為小行星或者彗星。其他的微行星繞著太陽公轉,將繼續相互撞擊和融合。從某種意義上來說,它們將橫掃離太陽相同距離的軌道上的所有的物質。當一顆微行星收集了太陽周圍一條軌道帶上的所有物質後,它就能成為一顆行星。離恒星越近的軌道圓周長也就越短,繼而製造行星的材料也就越少。所以,理論上,離恒星越近的行星體積越小,離恒星越遠的行星體積越大。
與恒星之間的距離除了影響行星的規模以外,還影響行星的成分。離恒星越近,物質盤越熱,只有那些具有高熔點的物質,比如鐵和岩石能夠保持固態。因此,大多數微行星和行星是由這些元素組成的。在我們的太陽系中,離太陽近的四大行星——水星、金星、地球和火星主要是由密度大的岩石和鐵構成的。離太陽遠的地方,氣溫更低,更多的物質凝結起來,比如水、甲烷、氨氣,它們構成了地外行星的核心部分。行星越大,引力就越強,也就可以吸引更多的輕氣體,比如氫氣聚集在核心周圍成為龐大的大氣層。這一系列過程催生了遙遠的氣態巨星,比如木星和土星。以木星為例,它的核心部分是地球的十倍重,這很了不起,但如果再算上它厚實的氫氦大氣層,木星的品質可以高達地球的318倍。每一顆行星都是其獨特形成環境的產物。
如果這個理論是正確的,那麼行星的構成就是恒星形成的一個自然部分,宇宙中應該有很多行星。我們當前的理論在解釋太陽系內的特徵上效果頗有成效。但直到最近,我們依舊沒有其他任何太陽系可以用來測試比較。
在過去的八年裡,一連串的發現讓行星形成的理論變得疑點重重。行星比之前更加普遍,這支持了我們的理論,但人們發現在其他恒星周圍的行星和我們自己太陽系內的行星不太一樣,這讓我們不由得產生思考。賈科斯基博士解釋說:“我們發現的許多行星都是古怪的行星。”為了解釋這些古怪行星的存在,許多新的理論紛紛被提出。雖然大多數還是以物質盤圍繞著正在形成的恒星旋轉開始,但也有許多人提出了和太陽系形成的方式十分不一樣的形成方式。這是為什麼?因為我們漸漸意識到宇宙比我們想像的更加奇特、多樣。

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