電影、小說裡面的“防護罩、護盾”,以目前的科技能實現嗎?

如果一個想法在最初聽起來並不荒謬可笑的話,那麼就不要對它寄予太大希望了。

——愛因斯坦

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會不會有一天,我們可以穿牆而過,建造速度超過光速的太空船,讀懂我們的心,隱身,瞬移到任何地方?

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超級英雄電影長盛不衰,這說明每個人或多或少都有一顆做英雄的心。在成長的過程中,我深深地被時間機器、能量武器、能量力場、平行宇宙等所吸引。魔法、內功、科幻小說是我們用想象力漫遊世界的利器。

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首次瞭解“老愛”是在小學,那時候愛因斯坦是一個形容詞——超級聰明。“老愛”一直給我的印象就是偉大、無所不能。直到我看到一份報道說愛因斯坦有一個不可能實現的夢想,一個人類無法解決的極其困難問題。我不禁要問,有什麼事情是如此重要,以至於我們那個時代最偉大的科學家都無法完成?

學過物理學的人現在知道了“老愛”生前沒有完成的手稿:大一統理論。他的夢想是用盡他生命中最後30年的時間,把所有的物理定律統一成一個理論。

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電影、小說裡面的“防護罩、護盾”,以目前的科技能實現嗎?

別怕,今天我們並不是講這麼恐怖的東西,而是科幻能否走向科學。從小到大,我們看到很多關於亂神怪力的故事。根據所涉及的科學原則,它們是完全不可能實現的。它們只是幻想的產物。

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長大意味著放棄你的幻想?工作之餘,除了作者和少數特殊職業外,在現實生活中,人們必須放棄那些荒誕的事情,擁抱社會現實。

看過《變形記》都知道,21世紀偉大哲學家王境澤提出的“真香定律”,幾乎無人倖免。事實上,科學界也有類似的“真香定律”

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  1. 當一位傑出但年邁的科學家斷言某些事情是可能的時,他幾乎肯定是對的。當他斷言某事不可能時,他很可能是錯的。
  2. 要找到“可能”的極限,我們必須稍微突破這個極限,進入“不可能”的領域。
  3. 任何足夠高深的科技看起來都與魔法無異。

——亞瑟.C·克拉克的三定律

防護罩”、“護盾”之類的概念在科幻神怪作品中幾乎是標配,飛船、建築、人物,在受到攻擊時都會在周圍創造出一種隱形卻無法穿透的屏障,能阻擋攻擊和改變攻擊方向。

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在物理學中可以找到與之匹配的概念——力場,力場是什麼?在影視文學作品裡面,非常簡單,它被作為一種戰場上的護盾創造出來似乎是近在眼前的事。人們期待某天會有某個發明家宣佈創造了防禦性力場。但事實卻沒有這麼簡單。

正如愛迪生的燈泡使現代文明發生了革命性的變化一樣,力場可能會對我們生活的方方面面產生深遠的影響。

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一個不可穿透的防禦導彈和子彈的屏障使得軍隊變得固若金湯;整個城市可以脫離地面,天空之城成為可能?

覆蓋全市的力場可以讓居民消除惡劣天氣的影響,不受颱風、暴雨和大雪的影響。那麼每天上班,就沒有理由請假了!

有了力場形成的安全屏障,城市就可以建在海底。

然而,很奇怪的是,力場可能是實驗室中最難創造的設備之一。事實上,一些物理學家認為,除非重新定義力場的性質,否則它是不可能被創造出來的。

力場的概念來源於19世紀英國偉大科學家法拉第的研究。他被兩股新力量的神秘本性所吸引。它們就是電和磁。電磁學從初中開始就折磨著我們的人生,直到大學,學文科的可以忽略。

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法拉第最偉大發現的關鍵是他提出的“力場”概念。把鐵屑撒在磁鐵上,會發現鐵屑呈現一個佈滿整個空間的網狀。

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這就是法拉第力線,它以圖形方式描述了電場和磁場如何在空間中分佈。

例如,畫出整個地球的磁場,會發現力線從N極區域延伸,然後在S極區域回落到地球。

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同樣,在雷暴中畫出避雷針的電場線,他會發現力線集中在避雷針的尖端。

在法拉第看來,“空間”根本不是空的,而是充滿了能使物體移動的力線。

法拉第的力場是現代文明的驅動力。從電動推土機到今天的電腦,互聯網和iPad都源於力場的發現。

在過去的兩千年裡,物理學最偉大的成就之一是分離和確定支配宇宙的四種力量。它們都可以用法拉第提出的力場來描述。

不幸的是,它們都不具備大多數科幻小說中描述的力場特性。

電影、小說裡面的“防護罩、護盾”,以目前的科技能實現嗎?

  • 萬有引力:使我們腳踏實地,而不是天外飛仙、防止星球解體,各種天體形成的力量。如果沒有引力,地球將以每小時1000英里的速度把我們拋向太空。

這個引力與科幻小說中的力場完全相反。萬有引力是吸引,而不是排斥;

整個地球的引力才能吸引一根羽毛,但我們可以用一根手指舉起一根羽毛來抵消地球的引力。

一根手指的作用可以抵抗整個地球的引力,這個星球的重量超過60000億公斤。

  • 電磁力:照亮我們城市的力量。各種電子設備都是受電磁場的影響而產生的。我覺得這是人類目前為止運用最出色的力。與萬有引力不同,它既有吸引力又有排斥力。

然而,它不適成為力場有幾個原因。首先,很容易中和。

例如,塑料和其他絕緣體很容易穿透強電場或磁場。

其次,電磁不能方便地通過長距離集中在一個平面上。

電磁場定律是由詹姆斯克拉克麥克斯韋方程描述的,這些方程似乎不允許力場成為解。

  • 弱核力:放射性衰變的力。它是一種加熱地球中心並具有放射性的力量;火山、地震和大陸漂移都是它在搞事。
  • 強核力:將原子核維繫住的力。

天體們的能量來源於核力,核力負責點亮宇宙。問題是,核力是一種短程力,主要作用在原子核的距離內。因為它非常依賴原子核的性質,所以很難控制。

目前,控制這種力的唯一方法是在核粒子加速器中打散亞原子粒子或引爆原子彈。

電影、小說裡面的“防護罩、護盾”,以目前的科技能實現嗎?

雖然科幻小說中使用的力場可能不符合已知的物理定律,但仍有使這種力場成為可能的機會。

首先,可能還有第五種力在實驗室裡還沒有被發現。例如,力的作用範圍可能只有幾英寸到幾英尺,而不是天文距離。

其次,等離子體可以用來模擬力場的一些定律。等離子體是物質的第四種狀態。

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固體、液體和氣體構成物質的三種常見狀態,但宇宙中最常見的物質形式是等離子體——氣體或被電離的原子

因為等離子體中的原子被剝離電子,電子離開原子核隨意竄動,原子帶正電,很容易被電場和力場控制。

等離子體是宇宙中最大的可見物質,由太陽、恆星和星際氣體組成。等離子對我們來說挺陌生的,因為地球很少見,但我們可以在生產領域看到它們的蹤影,等離子電視、芯片刻蝕運用等。

如果空氣被加熱到足夠高的溫度,就會產生等離子體,等離子體可以被電磁場塑造。例如,可以將其更改為片狀或窗口。此外,等離子窗可用於將普通空氣隔離出一個真空區域。

等離子窗是由物理學家艾迪·赫斯基科維奇發明的。他開發等離子窗是來解決用電子束焊接金屬的問題。

電影、小說裡面的“防護罩、護盾”,以目前的科技能實現嗎?

焊工的乙炔焊槍噴射高溫氣流將金屬零件焊接在一起。然而,這必須在真空中進行。這個前提條件在生產車間裡面很難實現。

等離子窗只有三英寸高,直徑不到一英寸。它將空氣加熱到6649攝氏度,產生被電磁場控制的等離子體,利用其特性製造出真空環境。

那麼,等離子窗可以用作保護罩嗎?它能承受熱武器的衝擊嗎?為了達到這種強度,需要一個功率和溫度更高的等離子體窗,足以摧毀或汽化彈藥。但是,要創建這樣一個實際的力場,可能需要一些組合。

  1. 首先,第一層是高強度的等離子體窗,足以汽化金屬。
  2. 第二層是高能激光交叉形成的幕牆。
  3. 第三層是碳納米管網格。單個碳原子組成的微管,其強度是鋼幾倍。目前技術限制,還造不出任意長度的納米管。假設能做成網格狀就是最佳的屏障。另外這個盾牌是隱形的,因為尺寸都是原子等級,肉眼無法分辨。

但是這種盾牌也有致命的弱點,因為它是透明的,所以敵人來幾發激光,那就涼透了。

為了抵抗激光,我們需要先進的光致變色材料技術。這是一種應用在太陽眼鏡上的工藝,這些太陽眼鏡一旦暴露在UV輻射(紫外)下顏色就會自動變深。

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光致變色材料的基礎是至少能以兩種狀態存在的分子:其一,分子是透明的

但這樣的分子一旦暴露在UV輻射之下就會立刻變成第二種狀態,即不透明的

目前還沒有做出能防禦高能激光的光致變色材料。

總之,在影視文學作品中被廣為刻畫的力場不符合宇宙已知四種力的描述。

但我們仍有可能通過使用由等離子窗、激光幕牆、碳納米管和光致變色材料組成的“護盾”來模擬幻想中的力場。


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