奇書《巫師、外星人和星艦》,用初中代數知識分析科幻作品


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書名:《巫師、外星人和星艦》

作者:[美] 查爾斯·阿德勒

譯者:雒城

ISBN:7302394229

出版社:清華大學出版社

出版年:2015

From:虎嗅



《哈利波特》中,威斯禮先生的飛行車能在現實中存在嗎?哪些設定有可能成真?哪些根本就不可能實現?


奇書《巫師、外星人和星艦》挖掘了科幻與奇幻作品中最富創意的那些細節:比如時空扭曲、變形魔法、火箭推進器、飄浮蠟燭的照明效果背後隱藏的物理學和數學原理。


查爾斯.L.阿德勒(Charles L. Adler)(1965— ),物理學教授及資深科幻愛好者。1992年在布朗大學獲得博士學位,目前任教於馬裏蘭州聖瑪麗學院,教授的課程有物理學基礎、科學與科幻等。除了對科幻/神秘現象和曆史感興趣之外,他還是一位狂熱的廚師和麵包師,經常為家人烘烤麵包。


在《巫師、外星人和星艦》一書中查爾斯運用淺顯易懂的數學模型對科幻/奇幻中大量有趣的主題進行了嚴格的分析,而且書中用到的大部分數學內容都不超過中學代數的知識。其中既有厄休拉?勒古恩的經典著作,又有《星球大戰》和《阿凡達》等科幻大片,幫助讀者得以認清可能性的限界。


“阿德勒完美地向我們展現出,即便是最基礎的數學和物理學也具有強大的力量。如果你個嶄露頭角的年輕科學工作者,還對代數學有點興趣,你會喜歡這本書的。”


——羅伯特?馬修斯,《BBC聚焦》


推薦序:從哈利波特到全球變暖以及戴森球


文/李淼 (中山大學天文與空間科學研究院院長,最酷的理論物理學家,科普作家,詩人,著有《三體中的物理學》、《越弱越暗越美麗》)


魔法符合物理學定律嗎?霍格沃茨魔法學校校長鄧布利多真的能夠在揮舞魔杖之間將亂七八糟的房間收拾好嗎?他的魔杖真的能將撕碎的書籍複原嗎?顯然,這違背了熱力學第二定律,稍稍學過物理的人會告訴你。同樣,一個人能變成白天鵝或者黑天鵝嗎?當然不能,因為這違反了質量守恒定律。


你會對這樣的物理極客產生反感,如果魔法遵守物理學定律,那還叫什麼魔法?可是物理極客不管這一套,他們就喜歡尋根究底,因此,變形魔法包括孫悟空七十二變大有問題,甚至霍格沃茨大廳被成千上萬根蠟燭照的光明燦爛也成問題,因為一根蠟燭的亮度比一個燈泡小差不多一百倍。


一個巨人能夠在地球上跑動嗎?這是一個物理學問題。同樣,《阿凡達》裏身高三米的納威人真的能在重力隻有地球的百分之八十的潘多拉星上健步如飛嗎?要知道答案,我們必須懂一點簡單的物理學,而物理學告訴我們,《阿凡達》的設定是有一點點問題的。


除了奇幻小說中的物理學問題,我們更關心科幻小說裏各種設定是否與物理學、數學乃至化學相容的問題。比方說,科幻黃金時代預言的大航天為什麼遲遲沒有到來?是什麼樣的基本物理學定律限製了航天事業的發展?其實答案並不那麼深奧:能量,能量!能量來源限製了航天發展,能量消耗的極大降低卻激發了網絡時代的大發展,這一點除了克拉克預知了一些,其他科幻作家做夢也沒有想到。


還有,可供長期移民的空間站是可行的嗎?我們是否可以在未來的二十年之內造出高達數萬公裏的太空梯?富豪們真的會在不遠的將來去火星度假嗎?(窮人就別妄想了你出不起那個錢)。物質反物質湮滅推進器是否可行?如果這個太難,那核聚變推進器呢?如果這些在本世紀都不行,我們放開來暢想,假如技術原則上可以無限發展,人在壽命所限下能飛出銀河係嗎,甚至旅行到宇宙盡頭?嗯,這倒不違反相對論。


接下來就是,超光速旅行可行嗎?時間旅行可行嗎?你會說《星際穿越》貌似是這麼設定的,可是你知道這需要改變物理學中的什麼常識嗎?


這些問題的答案都可以在這本奇書中找到。這本書就是《巫師、外星人和星艦:科幻與奇幻中的物理數學》,作者用最基本的物理學和數學知識就推出了這些答案。我相信你和我一樣,每讀一頁這本書,就會學到關於科幻小說的知識,同時學到了物理學知識。


再有,外星人存在嗎?最近我對這個問題特別感興趣,並且還有自己的理論,我認為外星人並不存在。本來,我以為我是極少數派,讀了這本書之後我才得知原來從上世紀八十年代起,人類是宇宙之中唯一的智慧生物的觀點已經變得比較流行,當然這局限在西方科幻作家中。中國科幻迷乃至一般公眾還認為外星人當然存在。眼下,科幻作家甚至科學家還是分為三派。第一派認為智慧生命在宇宙中十分普遍,第二派認為智慧生命罕見但並不唯一,第三派就是人類中心主義了,我們是宇宙中唯一的文明。嗯,我就是一名人類中心主義者。


撇開這些爭議不論,我們到底該如何尋找地外生命和地外文明?這也是本書試圖分析的問題之一。粒子物理學戴森曾經在《科學》雜誌發表一篇論文,研究是否可以圍繞一顆恒星例如太陽造一個巨大的球以收集太陽發出來的全部能量。這可不得了,因為我們知道太陽照射到地球上的能量是太陽輻射的總能量的極小極小一部分,這個大球球做出來人類就一勞永逸地解決了能源問題。這個宏大裝置叫戴森球,當然戴森並不想發明一個專利為人類謀取福利,你想,要造出這樣的巨無霸我們需要的材料將來自整個木星,這實在不太現實,戴森也很難以此成為太陽係首富。他真正的目的是尋找外星人,如果外星人造出了這樣的裝置,我們就有可能通過這個巨大裝置的紅外輻射找到他們。


回到地球本身。我們的能源什麼時候耗盡,比如石油?地球變暖是真的嗎?美俄的核貯備真的可以毀滅地球?數億年後,我們能夠逃離太陽係嗎?生物的終極形態是什麼?你還是能夠從這本書中找到一些答案。


在中國,科學幻想小說愛好者是一個比較小眾的圈子,盡管劉慈欣《三體》的影響已經開始溢出科幻圈,開始影響IT界,繼而影響其他人。《三體》為何能夠在IT圈發生這麼大的影響?答案看上去顯而易見,因為該圈的人士現在張嘴閉嘴就是“降維攻擊”,可見《三體》裏的二向箔才是亮點。另外,劉慈欣的黑暗森林的說法影響也不小,也許僅次於降維攻擊。


多媒體時代,閱讀的人越來越少,讀小說的人本來就是小眾了,更不用說科幻小說了。當然,如果我們將小說的範圍擴大到奇幻,圈子就大大地放大了。我知道,中國作家富豪榜排名第一的是唐家三少,他的小說《鬥羅大陸》點擊量近億次。另一個有人氣的奇幻作家是江南,小說《龍族》每一卷都比任何亞馬遜排名第一的書還要暢銷。


中國的電影市場還是好萊塢大片主導,好萊塢大片中不少是科幻電影,因此科幻電影在中國受眾中影響遠遠大於科幻小說。說起小說《造星主》大概沒有幾個人知道,但誰不知道《阿凡達》、《黑客帝國》?誰不知道《星際穿越》?


遺憾的是,《巫師、外星人和星際戰艦》這本書以科幻小說為主,偶爾談及科幻電影。幸運的是,這本書還包括了一些著名的奇幻小說,例如我們開始提到的《哈利波特》,因此,這本書的讀者對象應該涵蓋了比科幻小說讀者多得多的人。


對我本人來說,這本書的出版實在太及時了。今年4月份我的《三體中的物理學》也出版上市了,我的那本書與這本書有相似之處也有重要的不同點,我們的出發點都是科幻,但這本書更適合對公式感興趣的人。恰好,過去兩年我在中山大學逸仙學院上過《人與宇宙的物理學》這門課,這門課的精神與《巫師、外星人和星艦》這本書很接近。我打算將來在中山大學再開一門課,這門課的教材就是《巫師》,這門課的課名也許就是《科幻與奇幻中的物理數學》。


最後,我表達一下對本書作者的敬意。查爾斯?阿德勒是一位職業物理學家,專業是光學,在馬裏蘭的聖瑪麗學院任教。他畢業於布朗大學,比我小三歲,因此我猜我在布朗大學的時候,他還沒有從哪裏畢業。寫這本書並不容易,有人說我的《三體中的物理學》寫起來也很難,這不錯,可是我的書一年半載是可以寫完的,而《巫師》中的內容大概需要好幾年的積累。



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