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電影中不可能的物理學

Physics of the Impossible

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內容簡介

本書特色

  〈天使與魔鬼〉中,差點毀滅梵諦岡的反物質炸彈現實中可能造出嗎?
  〈星際大戰〉中的光劍和〈星艦迷航記〉裡的光炮可能成為軍警配備嗎?
  只要有超材料,你不需要魔戒和哈利波特的斗蓬,就能實現隱形的願望?
  機器人可能如〈機械公敵〉、〈魔鬼終結者〉中那樣擁有智慧、危害人類嗎?

  如同曾被斥為無稽之談的飛機、X光、原子彈、黑洞一樣,還有哪些目前只存在於科幻電影的科技,未來有機會被證實或實用化?

  請讓世界知名物理學家加來道雄帶你從星際大戰、哈利波特、魔戒、王牌天神、機械公敵……等電影,認識時光旅行、防護罩、光炮、隱形、心電感應、預知……等科幻片中出現的科技與心靈力量是否有實現的可能?藉由本書,你將更加瞭解物理學的基本定律和局限,例如:

  如何運用光學、電磁場和超材料,來實現隱形技術。
  從量子理論,分析瞬間移動、超越光速和心電感應的可能性。
  關於外星生物是否存在,德瑞克方程式的預估準確嗎?
  我們能否利用核子火箭或反物質火箭做為太空船的動力?
  根據熱力學三大定律與統計力學,恆動機可能製造出來嗎?

  發明太空望遠鏡的哈伯受了科幻小說的影響,放棄法律工作,改行當科學家,成為二十世紀最偉大的天文學家。本書也企圖挑動你對物理學的興趣,並引導你以更深入的角度欣賞電影裡的科幻情節。

  請跟隨作者,一同踏上這場刺激、教育與娛樂效果的科學探險之旅!

作者簡介

加來道雄(Michio Kaku)

  紐約市立大學理論物理學研究所教授。著作中的《穿梭超時空》,被《紐約時報》和《華盛頓郵報》評選為年度最佳科普讀物之一。另主持一個全國聯播性的廣播節目。現居紐約。

審訂者簡介

陳政維

  臺灣大學物理系教授。美國加州大學聖地牙哥分校物理博士。主要研究領域為超導體與磁性,以及兩者之間的交互作用關係。關於奈米尺度的超導體材料探討,也是目前的研究重點。

譯者簡介

許晉福

  政大會計系畢業,目前專事翻譯。譯有《教養過動兒》、《老媽聽我說》(以上世茂)、《美味的陷阱》(世潮)等書。

 

目錄

自序
致謝

PART 1 第一類不可能
第1章 力場
第2章 隱形
第3章 光炮與死星
第4章 瞬間移動
第5章 心電感應
第6章 念力
第7章 機器人
第8章 外星生物與幽浮
第9章 太空船
第10章 反物質與反宇宙

PART 2 第二類不可能
第11章 超越光速
第12章 時光旅行
第13章 平行宇宙

PART 3第三類不可能
第14章 恆動機
第15章 預知
結語 不可能物理學的未來

 

序言

  有朝一日人類有沒有可能穿牆而過?或造出速度比光還快的太空船?讀出別人心裡頭在想什麼?將自己隱形?用念力移動物體?讓自己的身體在瞬間移動到外太空?上面這些問題,我從小就很感興趣。而且,跟很多物理學家一樣,我在成長的過程中也常常感到好奇,像時光旅行、光砲、力場、平行宇宙這些東西究竟可不可能存在?透過種種魔術、奇幻故事和科幻小說,我的想像力得到了充分的發展,我也對這些「不可能的事物」開始了我長達一生的愛戀。從科學的角度看,這些故事只是幻想,在現實世界根本不可能存在。長大成人,意味著拋棄這類幻想。大人說,在現實世界,我們必須放棄這些不可能實現的幻想,追求實際。但我有我自己的看法。如果要保持對這些不可能事物的愛好,我只能透過物理學的領域進行探索。要是對高等物理學沒有深厚的素養,我將永遠只能用臆測的態度面對這些未來性的科技,卻永遠不曉得這些東西會不會實現。所以,要實現夢想,我應該要投身於高等數學和理論物理學。後來,我也的確這麼做了。如今,我不時會收到科幻小說家或劇作家的來信,請我針對他們的故事提供意見,並藉此探索物理定律的極限。

  「不可能」是相對的
  貫串本書的核心問題之一是,一個在今天「不可能」存在的東西,數百年後甚至數百萬年後是否仍然不可能呢?

  回顧過去這個世紀,人類在科學上獲得了長足的進展,其中又以量子理論和廣義相對論最為可觀,既然如此,我們應該能粗略估計,前面提到的某些神奇科技,在未來的什麼時候或許有可能實現。

  隨著日益先進的理論(如弦論)的陸續問世,某些一向被認為屬於科幻世界的觀念,如時光旅行和平行宇宙,如今已經得到物理學家的重新評估。想想看,我們今天在日常生活中用到的許多科技,對一百五十年前的科學家而言不也是無稽之談嗎?凡爾納在一八六三年創作了一部小說:《二十世紀的巴黎》(Paris in the 20th Century),之後卻束之高閣;一個多世紀後,這部小說才被凡爾納的曾孫重新發掘而得以在一九九四年重見天日。書中,凡爾納對一九六○年時的巴黎提出了大膽預言,還想像出許多在十九世紀被認為不可能存在的科技,如傳真機、全球性的溝通網絡、用玻璃帷幕做成的摩天大樓、以石油驅動的汽車,以及懸浮在地面上的高速列車。凡爾納的預言如此精準,並不令人感到意外,因為,他周遭有許多科學家朋友,在長期的耳濡目染之下,他對科學的基本原理有深刻的認識,所以預測才如此神準。

  遺憾的是,十九世紀某些最偉大的科學家,立場卻完全相反,他們宣稱,前面提到的那些科技,全都無望實現。以維多利亞時代聲譽最卓著的物理學家凱爾文爵士(Lord Kelvin;他死後葬在西敏寺,與牛頓為鄰)為例,他宣稱,像飛機這樣「比空氣還重」的機器,絕對飛不起來。他還認為,X光是個騙局,無線電的發展則前途黯淡。發現電子核的拉塞福爵士(Lord Rutherford),則認為原子彈絕對製造不出來,還斥之為無稽之談。十九世紀的化學家普遍認為,傳說中的「點金石」(philosopher’s stone),在科學上是不可能的,花再多力氣去尋找都是枉然。根據十九世紀的化學理論,化學元素基本上是無法改變的。但是就今天的科學技術而言,要用原子擊碎器將鉛原子變成黃金,在理論上是可能的。想想看,二十世紀初的人要是見到今天的電視、電腦和網際網路,會不嘖嘖稱奇嗎?時間再拉近一點。沒多久以前,黑洞也被認為是科幻小說的產物。愛因斯坦自己在一九三九年就寫過一篇文章,「證明」黑洞不可能形成。然而,透過今天的哈伯太空望遠鏡或錢德拉X射線望遠鏡(Chandra X-ray telescope),我們卻看到了數以千計的黑洞存在於太空當中。

  以上種種技術在十九和二十世紀初之所以被認為不可能,原因在於相關的物理定律和科學原理尚未被發掘出來。而今,許多原本不可能的技術已經成為真實,可見,在過去這近百年來,人類對科學的認識加深了多少(尤其在原子層次)。

  預測未來

  預測,尤其是預測數百年或數千年後的世界,一向是很危險的。物理學家尼爾斯.波爾(Niels Bohr)有句名言:「預測很難,預測未來更難。」但凡爾納的時代跟今天這個時代有個很重要的基本差異。如今,我們對物理學的基本定律都已經有了大致的認識。從質子的內部到擴張中的宇宙,種種橫跨四十三個數量級的物理現象,其基本定律都已經被物理學家所掌握。因此,今天的物理學家可以相當有把握地說,未來的科技大概會是什麼模樣,也更能分辨哪些科技有可能發展出來,而哪些科技則完全不可能實現。

  因此,我在本書將所謂的不可能分成三類。第一類是那些尚未發展出來,但並未違反已知物理定律的科技。這些科技可望在本世紀或下個世紀就發展出來,雖然形式可能有所修正。包括瞬間移動、反物質引擎、某種形式的心電感應、念力移物、隱形,都被我歸屬在這一類。第二類不可能,則是那些我們對其背後的原理原則仍不甚明瞭的科技。這些科技就算真的發展出來,恐怕也要再等上數千年甚至數百萬年。這一類科技包括時光機器、超時空旅行和穿越蟲洞。至於最後一類,也就是第三類,指的則是違反已知物理定律的科技。叫人吃驚的是,屬於這一類的東西並不多。然而,這一類技術要是真的實現,人類對物理學的認識恐怕要徹底翻轉。

  我認為,上述的分類很重要,因為,科幻小說中雖然有許多科技都被科學家駁斥為不可能,但他們口中的不可能,其實只是針對我們這個原始的文明而言。舉例來說,大部分的科學家都認為,我們的地球不可能有外星人來造訪,因為,星球與星球間的距離實在是太漫長、太遙遠了。誠然,就人類現有的科技水準而言,星際旅行確實是不可能的任務,但對一個發展程度遠超過我們幾千年甚至幾百萬年的文明而言,情況就不同了。基於這個緣故,將「不可能」加以分級是非常重要的。畢竟,在我們看來不可能的科技,對其他文明而言或許並非不可能。因此,當我們在討論什麼事情可能或不可能的時候,別忘了,在宇宙中的某個地方,或許有一個科技水準超越我們好幾千年甚至好幾百萬年的文明存在。

  我在研究上的最終目標是,完成愛因斯坦未完成的夢想,創建出一套「萬有理論」,一套「究竟的理論」(final theory),讓目前科學上最困難的一些「不可能」的問題,如時光旅行辦不辦得到,黑洞的中心有些什麼,大霹靂以前發生了什麼事,終能得到解答。我和「不可能」一生的愛戀,如今仍在持續當中;我很好奇,這些不可能之事,在多少年以後,有哪些會成為人類日常生活的一部分?

 

詳細資料

  • ISBN:9789577769961
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 376頁 / 16k菊 / 14.8 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

第1章 力場

定律一:當一位德高望重卻年邁的科學家說某某事情有可能時,他
    應該不會說錯;但若他說某某事情不可能,他說錯的可能
    性就很大了。
定律二:要找出可能性的局限,方法只有一個,那就是稍稍跨過界
    線,到不可能的領域進行探索。
定律三:任何夠先進的科技,和魔術其實是難以區別的。
-亞瑟.克拉克(Arthur C. Clarke)三大定律

「升起防護罩!」
上面這句話,是〈星艦迷航記〉裡的寇克艦長(Captain Kirk)經常對下屬發出的第一道命令,為的是保護他的太空船企業號(Enterprise)不受到敵人的砲火攻擊。

故事中的防護罩又叫作「力場」(Force Field),它基本上可以決定一艘太空船在星際戰役中的勝負,因此舉足輕重。每當力場的能源大量損耗時,企業號就會越來越不堪一擊,直到被迫投降為止。

力場到底是什麼?根據科幻小說的描寫,它是一種薄薄的、隱形的、無法穿透的屏障,可阻擋外來的雷射光和火箭。乍聽之下,你可能覺得製造這個東西很簡單,不久後應該就可以聽到某發明家宣布,他已經發明防護罩,可以在戰場上運用。然而,事實上這要複雜許多。

一如愛迪生的電燈泡為現代文明帶來革命,力場這東西也可能對人類生活的每個面向造成深遠影響。這種技術一旦問世,軍隊便能建立起槍砲不入的屏障,用以阻擋敵軍的炮火和子彈。而橋樑、道路和高速公路,理論上只要按個按鍵就可以搭建起來。於是,我們將能夠在彈指之間在沙漠裡蓋起一座城市,建造出全部以力場構成的摩天大樓。我們可以在城市上方設置力場,以降低天氣對我們的影響,此後不管是颳大風、下大雪,甚至是發生龍捲風,我們都無須害怕。甚至,透過防護罩的保護,我們還可以在海底下興建城市。屆時,玻璃、鋼筋和混凝土,恐怕都要銷聲匿跡。

奇怪的是,力場可說是在實驗室裡最難製造出來的東西之一。事實上,有部分物理學家還認為,除非修正力場的部分特性,否則這東西根本不可能造出。

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