第4章 全能力场

你攀上岩石，踩着石头小心地跨过湍急的河水，以翠绿的灌木丛做掩护，窥见在广袤的荒野上生活着狮子一家。阳光穿过蓝得不可思议的天空照到你脸上，有个东西爬过来，在你的小腿上蹭来蹭去。这时候，草丛中猛然出现一扇大门。眼前的景色迅速消失，只剩下黑暗空旷的房间。没有岩石，没有狮子，其实你身边什么都没有。欢迎体验“全息甲板”。

毫无疑问，我非常喜欢《星际迷航：原初系列》，这部经典的科幻作品吸引了包括我在内的很多人喜爱上了科学。然而它还不算是最好的一部。当它的下一部《星际迷航：下一代》播出的时候，包括我在内的很多人当时还很年轻，我承认这部片子才是《星际迷航》系列里我的最爱。

和第一部相比，第二部实在是有太多进步了。这部电视剧的成像技术在当时非常超前。我要承认的是，它不如《2001太空漫游》，其中的特效技术在今天看来严重不合格，但在那个时候，《星际迷航：下一代》开了电视剧制作的先河——你在电视上看到的图像基本上和你在电影里看到的没有差别。同时，对比第一部，这部的剧本绝对有质的飞跃，技术也更成熟，饰演过莎士比亚戏剧的演员帕特里克·斯图尔特的参演让整个电视剧有种不一样的感觉（平心而论，远比詹姆斯·柯克更出色），斯图尔特扮演的星舰船长有种与生俱来的运筹帷幄的风范，也让整部剧有了质感。

但不是所有出现在《星际迷航：下一代》里的技术都是可行的，一个被过度使用的概念就是全息甲板。全息甲板是计算机和真实世界的桥梁，把虚拟现实和物理世界联系在一起，用“力场”（force field）模拟真实的物体，让“参与者”可以体验非洲大草原或19世纪的酒吧，或者就像《星际迷航》里的生化人数据（Data）做的那样，和科学家或电影迷扮演的牛顿、爱因斯坦和霍金一起玩扑克。

像很多科幻作品一样，《星际迷航》从第一部开始就不出所料地使用了护盾和牵引光束。我们过一会儿再讨论实现全息甲板的困难，先来说说这其中的原理。力场、护盾和牵引光束都是不需要介质操控我们周围物体的常用科幻方法，这些都真实可行吗？还是仅仅存在于科幻作品中？

力场和护盾好像在过去的几十年里是科幻作品的标配，所以大部分人都知道它们是什么，即便它们都是虚构的。我年轻的时候最喜欢的科幻小说是爱德华·埃尔默·史密斯于20世纪50年代开始创作的太空歌剧《透镜人》（Lensman）系列。史密斯的早期作品《宇宙云雀号》（Skylark of Space）系列定义了太空歌剧流派，这里面出现的超自然力量和漫画书里的超级英雄一样，对当时还是青少年的我来说非常有吸引力。在史密斯的作品中，力场会在来袭火力中承受巨大的压力，形成保护罩，同时发出灼热的金属一样的光芒，直到最终被击穿，致使已经毫无防御能力的舰船被强大的激光束摧毁。

《星际迷航》中的视觉效果也许提升了一些，但是其中的护盾基本上还是基于史密斯的理念。科幻作品中的绝大多数宇宙飞船——包括《星际迷航》中用于维护和平的联邦船——都具有战斗模块。即使不参与战斗，飞船也会因为在太空中的超高速飞行而需要一些保护。诚然，我们用没有类似保护的飞船把人类送上了月球，现在也在向火星进发，但部分原因是我们的飞船太慢了。去外太空星球或者更远地方的高速飞船，肯定需要类似于护盾装置的保护。

如果以电影为模型，那么进行空间旅行的飞行员要面对的最复杂的情况就是穿越小行星场，因为在这个过程中他们需要持续躲避密集的石头。事实上，如果飞船的速度不是太快，穿越小行星场就算不上困难——至少穿越太阳系的小行星场不太难。太阳系有许多小行星，最大的谷神星直径有950千米（590英里），而小的则如颗粒状的宇宙尘埃。小行星场在广阔的宇宙中呈分散状态，如果你进入太空，坐在某个小行星旁边，那你看见另一个小行星的概率微乎其微——小行星之间隔着好几公里，而不是像我们以为的呈迷宫状。不负责任地说，我怀疑电影里的小行星场是为了迎合衍生的那些电子游戏才被专门设计成那样的。

当飞船穿越小行星场，开启巡航模式时，真正的问题才开始出现。行星、彗星和类似的星体很容易被雷达检测到，因此飞船可以轻松躲避这些星体的撞击，但是太空中还有许多难以避免的危险物体。尘埃的撞击就非常危险，在高速状态下，就算是特别小的颗粒也可以撞毁几乎任何东西。另外，当宇宙飞船穿越气体云，甚至更危险的高能宇宙射线（太空中如洪水一样的带电粒子）的时候，碰撞会产生极其危险的射线。因此，飞船需要某种形式的保护，比如力场。

如果只是为了反弹带电粒子，用某种类似电磁屏蔽的手段就可以了，它也能在空间战斗中帮你抵挡一些武器伤害。但是，力场则类似于一种无形的汽车安全气囊，可以阻止各种迎面而来的物质。飞船需要被一些向外扩张的东西包围着，以阻止迎面飞来的物质离船体太近或损伤飞船。

力场的基本概念和电影里面的介绍不同，需要追溯到科幻小说的鼎盛时期。英国科学家迈克尔·法拉第早在19世纪早期就提出，磁可以被设想为看不见的力场。电线在磁场中移动，电线切割想象出来的磁力线，产生出电流。力场将其他基本力也包括其中，再加上法拉第的想法有了数学依据，使得场成为现代科学的基本概念。

场是事物——任何在时空中有数值的事物——的抽象图像。（理论上，你可以想象世界上有无数个场，只不过有些场在所有点的值都为0，哲学家闲来无事会以此为乐。）可以用海拔的概念来理解场。在地球上的任何一点，海拔都是一个数值，不同地方的海拔高度是不一样的。你可以想象场就是时空组成的一系列数值，在场中的不同地方，数字也不同。如果你把一个物体放在地球上“海拔场”很强的位置上（我们管它叫“高的地方”），同时这个位置周围都是弱的“海拔场”，那么在场的作用下，物体就会把势能转化为动能。在现实世界中，物体会沿着坡滚下来。场的概念基本上就是这样，我们更多的是利用场的概念进行计算。

在现代物理中，场的概念在解释自然界四力和基本粒子的本质及相互作用（所谓的“标准模型”）时无处不在。即便是大名鼎鼎的希格斯玻色子，也不过是延展时空中的另一种场——希格斯场——的展现。不经常接触物理学的人可能会认为场不如我们更熟悉的粒子和波更易理解，但这3个概念都可以用来描述所见的东西，它们都是科学家的模型。每种模型都适用于某些情况，在现代物理学所用到的数学工具中，场是一种较为有效的思考方式。