2022年04月05日 09:40
環球科學
圖片來源：Andrew Santellan/Unsplash
劈砍、格擋，致命且優雅的光劍是絕地武士手中最趁手的武器。現實中，人們嘗試了所有制作光劍的可能，激光、火焰、等離子體，到最後都難以成功。或許，我們需要的是一把來自「物理學祖師爺」牛頓的烈焰激光劍。
撰文|王昱
審校|二七
科幻作品《星球大戰》吸粉無數，歐洲核子研究中心（CERN）在2015年愚人節時，就曾開玩笑說他們發現了星球大戰中的「原力」。這個科幻作品中另一個吸引人的地方是光劍（Lightsaber），這種武器非常輕，卻能瞬間切開一切碰到的物體。更重要的是，它看上去很帥。
購物平台上能搜到一大堆「光劍」。但買回家後，就會發現它們都是「劣等貨色」，不過是中間帶有一條燈帶的乳白色管子。雖然通電時亮閃閃的有模有樣，但斷電後，突出劍柄的那根管子實在有礙觀瞻，讓人感覺自己仿佛買了一個「奧特曼變身器」。
沒有光的光劍
如果你已經厭倦了「仿品」，想要一把真正的光劍。那我們需要先明確一下，用什麼才能制作一把光劍。
顧名思義的話，光劍（Lightsaber）是用光（light）做成的。並且因為光劍威力巨大，一般認為只有激光（laser）才能達成這樣的威力。但是我們沒有辦法像電影中的光劍一樣，讓光傳播一定距離後突然消失。就算忽略這一點，這把無限長的「激光武器」也能被強行稱為「光劍」的話，我們也失去了光劍格鬥中最精彩的一點——格擋。
只有光劍才能格擋光劍。可是很不幸，光子是玻色子，這一屬性決定了，相同狀態的光子是可以疊加的。也就是說，雖然我們可以通過激光帶來的熱量實現切割效果，但是兩束相同的激光只能穿過彼此，不會碰撞。這樣的光劍自然無法抵擋另一把光劍的攻擊。
不過，光子也並非絕對不能碰撞，有一類光子可以——高能光子。光子是光子自己的反粒子，兩個高能光子之間是可以碰撞的，碰撞後會產生一堆正負電子對。但是，這些高能光子能量太高，已經屬於伽馬射線的範疇了，遠遠超出可見光波段，無法被人眼看到。只要這把光劍能被我們看到，它就不可能是由光制成的。
既然老婆餅裏沒有老婆，光劍裏沒有光也情有可原。那我們就要考慮另一個熱門選項——等離子體（plasma）。
學醫還要學光劍
現實生活中，我們的確有用等離子體切割金屬的技術——等離子弧切割：用高頻電弧將氣體分子打散，電離，形成等離子體，然後將它們噴到金屬上，等離子體再結合時會釋放大量熱量。另外，等離子體是導電的，電流可以通過等離子體和材料形成回路，從而繼續加熱。在某些極端的情況下，這種技術甚至能實現20 000℃的高溫。
不過，這畢竟是一種工業焊接、切割技術，在使用這種技術時，我們需要擁有專業的技能，充足的供電，以及最重要的，能保護我們安全、卻總是打斷我們「胡思亂想」的安全條例。更何況等離子切割機這樣的工業設備也不方便隨身攜帶。
2019年，電子科技大學傅文傑教授團隊曾提出過一種安全的光劍。他們可以用微波控制等離子體，實現了大氣壓力下的低溫等離子體噴流（a low-temperature microwave-driven atmospheric pressure plasma jet）。相關論文發表在《應用物理學快報》（Applied Physics Letters）上。
同樣是等離子體束，等離子體切割機溫度高到可以用來切割金屬，而傅文傑教授團隊卻能將它的溫度降到可以觸摸的程度。當然，這一束等離子體也可以被加熱到較高的溫度。雖然這把光劍很短，卻能成為醫生手上的「光劍」，殺死微生物、凝固血液、切割病灶。現實中，沒有絕地武士能救你的命，但是手裏拿著「光劍」的醫生可以。
「永遠還要50年」的等離子體
不過，這種「低能」的光劍自然不能滿足看熱鬧不嫌事大的粉絲。視頻博主Hacksmith Industries也嘗試過制造真正的光劍。他們找來了一罐液化石油氣，將它氣化噴出，並讓石油氣和空氣燃燒產生等離子體。在這個過程中，他們還用特定的噴嘴，盡量將離子體維持在一個穩定的形狀……
反應快的讀者可能已經反應過來了，是的，他們制造的其實是一個火焰噴射器，或者說，火焰非常穩定的火焰噴射器。他們還能通過焰色反應來控制火焰的顏色。雖然視覺效果很棒，並且的確可以憑熱量切割很多物體，但這種光劍並不能實現格擋。
其實，上文提到的幾種等離子「光劍」，都不能實現《星球大戰》中的格擋。如果想實現格擋，我們需要的或許是電磁場控制的等離子體：用特制的電磁場將等離子體限制在光劍中，在兩把光劍相互碰撞時，兩個電磁場或許可以產生斥力——就像磁懸浮列車一樣。
但這種技術的不成熟，正是我們難以實現可控核聚變的原因。可控核聚變的實現仍是遙遙無期，20年前有人預言50年後就能實現可控核聚變，到了今天，預言的時間卻似乎還是50年。有這樣的技術鴻溝橫亙在前，我們似乎這輩子都做不出來真正的光劍了。
牛頓的烈焰激光劍
不過，就算我們造不出來真正的光劍，但這並不妨礙科學家造出一把「牛頓的烈焰激光劍（Newton’s Flaming Laser Sword）」。這是澳大利亞數學家邁克·奧爾德（Mike Alder）2004年在《現代哲學》雜志上提出的一種概念，文章題目就是《牛頓的烈焰激光劍》（Newton’s Flaming Laser Sword）。
奧爾德曾經在西澳大學擔任助理教授，他曾研究人工神經網絡，或者用比較時髦的說法——一種人工智能。他因為熱愛寫作而受到學生的歡迎，不過名氣總歸是有兩面性的。一天，他被一位哲學系的學生「堵了門」。那位學生爭辯說奧爾德根本不可能實現人工智能，因為在他看來，計算機科學家不過是提前設定了一段特殊的計算機程序，而計算機程序本身是無法思考的，程序甚至連犯錯都不會，所以根本不可能實現人工智能。
這讓奧爾德覺得好氣又好笑，他解釋說自己研究的「人工智能」不過是能把一個看上去像5的數字識別成5，看上去像3的數字識別成3而已。而識別率不總是那麼完美，有時也會出現認錯的情況。
那個學生卻一直爭辯，說只要是由人編寫的程序，本身就是不可能思考的，就算犯錯，也是寫程序的人故意讓程序犯錯。總之，這位學生「告誡」奧爾德，不要再在人工智能上白下功夫。
這種態度讓奧爾德很不爽。他從來都不想去辯駁「人工智能」是否具有智能這樣無法證明的問題，他只想讓自己的神經網絡不要把5認成3。於是他寫了這篇《牛頓的烈焰激光劍》，介紹了牛頓在研究物理（或者說自然哲學）時的准則——只去驗證可以驗證的東西，對於那些不可以驗證的事情，不管不問。
受到牛頓的啟發，他在文章中總結出了自己的科學哲學准則——
從一個方面來講，除非能從精確的邏輯證明存在可以觀察到的結果，否則我們就不該對一個命題提出異議；從另一個方面來講，如果我們要證明一個命題成立，則必須列出它成立後具有可以觀察到的結果。
比如，在得知這種理論之前，你大可以懷疑你的朋友其實就是奧特曼的人間體，一直在隱藏著自己，絕對不會告訴其他人，並且絕對不會變身。但是拿起牛頓的烈焰激光劍後，你會發現，既然你永遠也無法證明你的朋友是一個奧特曼，那你就沒有理由去懷疑你的朋友是一個奧特曼。
奧爾德將這個理論命名為「牛頓的烈焰激光劍」，因為它「比奧卡姆剃刀更鋒利、更危險」。
所以，就算我們可能暫時造不出來真正的光劍，但是世界上所有的奧特曼，卻是被牛頓的烈焰激光劍殺死的。
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