用理性分析科幻——考察《星球大战》中的“超空间”

By | 2012/06/13

三、瞬时效应

1、时间和速度

目前还不清楚超光速推进器中的飞船乘员所经历的时间是否和外部银河系观察者所观察到的跳跃时间有关。银河帝国的直径超过12万光年,但帕尔帕庭政府仅存在了大约25年左右。如果一艘星际飞船以5000倍光速携带帕尔帕庭政权建立的消息从核心世界出发,那它只能在帕尔帕庭去世的那天抵达外环领土。然而,我们知道跨银河系旅行在一个成年人的青年时期就能完成(汉·索罗在29岁前就穿越过银河系),而且,银河帝国作为一个在政治、经济、文化上高度集中统一的实体也要求跨银河系旅行的时间最多不能超过几星期。按照这种传播速度,相对应的实空间超光速旅行只能以超过120万倍的光速进行。这个速度范围在一些参考小说(例如:《黑暗原力兴起》第212页)中得到了证实。

就像高亚光速下的旅行者一样,超空间往返者也要经受极大的时间膨胀效应。如果旅行的速度仅略微高于光速,那乘员在超空间将比在实空间经历更少的时间。但是,在远远高于光速的速率下,时间膨胀的优点将变成缺点,乘员所经历的时间将比实空间的时间慢许多。即使在外部银河系看来,旅行的时间很短,对乘员来说,这段时间也很长。这类效应是互相平衡的,因此就高速旅行而言,在外部观察者感到时间很短的同时,内部乘员却感到旅行时间被延长了。但时间的延长也是有一个极限的,这个极限并不取决于运动速度。

如果距离用“x”表示,那乘员所经历的超光速旅行时间至多会被限制在“x/c”。例如,对几百光年的行程来说,即使静止的银河系仅仅过了一秒,飞船内部的时间也会流逝几百年。

这是一个问题。维德勋爵在从科洛桑到弗君的旅程中显然没有寿终正寝,而且他在帝国各地巡游的时候也没有经历几个世纪。很明显,超光速推进技术不仅仅揭开了突破光障的秘密,而且也改变了船内的时间。这种时间调整机制也许和人造引力之类的引力技术有关,也有可能和跳跃的尾涡旋转效应有关。

就像使用抗惯性装置以避免飞船内部设备在跳跃时被摧毁一样,引入本地时间调节场生成技术也是必须的。幸运的是,电影里间接地提到了这种设备的存在。在谈到塔图因农场生活的种种不如意时,卢克·天行者好奇地询问C-3PO是否能在超速星际旅行时进行某种时间调整。C-3PO遗憾地承认它对此一无所知。在别的故事里,比如在小说《汉·索罗在星之尽》和《起义军的黎明》中,这类技术被称为“凝滞场”。容易变质的货物一般就被放在安装有人工时间停滞设备的容器里。凝滞场的技术极限可以让时间的流逝完全静止,但通常的技术都是让时间膨胀因子取得一个几百万或其它一些有限的值。这种场和超光速推进系统相结合,把一艘飞船的全部设备与乘员都包括了进去。

超空间旅行的时间不仅仅取决于超光速推进器的性能,更取决于超光速航线附近的陷阱和障碍物数量。沿着著名的航线跳跃会耗费更少的时间,因为潜在的障碍物已被人们所熟知,飞船可以有效地避开它们并取得更高的速度。尽管有这些安全机制,但超光速推进器的质量依然参差不齐。这种性能差别由超光速推进器等级来描述;一艘“0.5级”的飞船只需要一半的标准时间就能完成大部分星际旅行。

这种超光速推进器等级最初由“西末游戏公司”在其出版的说明文档中定义,并很快被大多数《星球大战》小说所采纳。这套等级系统似乎来源于一个太空员的自夸,即汉·索罗称他的飞船能“在超光速下获得0.5个点”。把这句台词理解为超光速推进器的等级似乎很合理,但也不排除有其它的含义。问题就在于索罗的话说得很随意,听众一开始不会把它和技术或社会问题联系在一起。“0.5个点”听上去像某个等级,但也有可能是指某个索罗没有说清楚的物理统计单位。它既可以被描述为旅行时间,也可以与能效、时间膨胀因子,或某个超光速基准(比如光速的几十万倍)有关。索罗强调“0.5个点”是一个了不起的成就,但没有告诉我们这个数字越大越好还是越小越好。

一些读者相信在超空间速度和索罗所说的点数之间存在着直接(也许是线性)的联系。在这种情况下,速度可以表示为“v=h(1+f)”,其中“h”表示标准速度,“f”表示索罗所说的点数;而不像西末游戏公司那样把这个点数理解为超光速推进器的等级(v=h/f)。在一些提摩西·桑的小说中,这类解释没有被否认,但也没有排除更多的可能性。既然有人明确反对常规的“超光速推进器等级”观点,那我们就不得不认为存在两种超光速推进器的性能统计指标,它们听上去很类似但却截然不同。不管怎样,这个问题并不影响到我们在上文估算出的速度。

值得注意的一点是,本文估算的速度都仅仅是一个范围。加速度需要动力,但速度不需要。惯性定律无论在超空间还是实空间对物体的作用都是一样。一个在超空间中沿某一方向以某一速度移动的物体在没有外力(包括飞船本身的推进力)的影响下会一直沿这个方向以这个速度移动。这一基本的物理现象已经在《暴君的试炼》中被前帝国超光速物理学家所证实。这样,如果“0.5个点”所指的性能指标不仅仅是一种转换时间的比较,那它很有可能是超空间中的某种加速力或推进力的值,而不是原始速度的值。

2、因果悖论

对狭义相对论的肤浅理解往往会得出超光速旅行在某些环境下将导致时间倒流的观点。当飞船目的地的观察者以相对于始发地而言的极高速度移动时,问题就产生了。如果“v”代表飞船在超空间中的速率,“u”是始发地和目的地的速率差,那在vu > c2的条件下就会发生一种反向时间膨胀。这对太空飞行和通讯来说是一个非常荒谬的问题,否则,某人从目的地向始发地发出一个超光速信号就能轻而易举地影响飞船的航行。试想一下,如果高级星区总督塔金想扣留“千年隼”,他只要向塔图因发一个信号即可。这样(从表面上看),似乎超光速旅行真能引起极大的因果和历史悖论。

在整个银河系,各个星系和所有星际物质都围绕银河质心旋转。自转等内部运动导致星系盘内各个区域的旋转速率千差万别,有时能达到每秒10万米的速率差。两个星系距离越近,他们的漂移速率就越小。如果在两个速率差达到5万米/秒的星系间进行超空间跳跃,那在飞船达到6000倍光速的条件下,目的地观察者就能见证时间倒流效应。对于普通的跳跃距离(仅几百或几千光年)而言,尽管速率差较小,但时间倒流还是会在仅几万倍光速的条件下出现。超光速旅行所需要的速率比这个大得多,远远超过因果冲突可能出现的范围。

幸运的是,因果悖论其实不会出现。虽然人们不会看到星际飞船飞回过去,但会观察到一些其它奇异的现象。粒子飞向过去的同时,反粒子将奔向未来。在相对论量子力学中,反粒子就是:常规粒子的时间反转版。肤浅地理解相对论的人也许会认为一艘星际飞船将飞向过去,但其实,旁观者真正看到的是一艘反物质星际飞船奔向未来。这艘镜像飞船将抵达目的地。

当重返实空间时,真正的飞船在实空间的某一点上出现,而反物质镜像飞船也将同时出现并以超光速向反方向运动。在跳跃点,两者都会接近光速,都会被压缩为零长度。这就是和相对论时间膨胀效应类似的长度膨胀。(所有物体在运动时都会沿运动方向变短,具体变短多少取决于速度。这种变短效应在光速下变得不确定。)

谢天谢地,即使是这种可怖的场景在常规环境下也不可能被观察到。在准备返回实空间时,为了接近光速,飞船必须把速率降低到时间反转/反物质出现的速率以下。这个过程将包括很长一段距离,而从光速降为静止的过程也许将包括更长的距离。即使飞船在超空间能被观察到,重返实空间的过程也将在远离目的地星系的空间完成。类似地,飞船在跳跃进超空间前的加速过程中也将航行很长一段距离。

四、跟踪和通讯

对一艘跳入超空间的飞船进行精确的扫描就能确定它的目的地。能引起尾涡旋转效应的大范围空间扭曲一般能被CGT(Crystal Gravfield Trap,晶体引力场陷阱)传感器探测到,跳跃轨道附近的其它电磁传感器偶尔也能探测到这类空间扭曲。伴随着跳跃而产生的克罗瑙辐射在以跳跃点为中心的圆锥区域内也能被任何扫描器观测到。霍斯回波基地的传感器探测到在几光时之外,帝国的“死亡中队”从超空间到达了霍斯星系的边缘。

由于正常的超光速旅行是一种直线运动,因此仔细观察最后一刻的亚光速运动轨迹就能确定超空间跳跃的方向。当然,如果进行超空间跳跃的飞船驾驶员在第一次跳跃后很快就决定在某个人迹罕至的太空点进行第二次跳跃,那这种跟踪就将变得无效。

目前已知某些星际飞船推进系统会留下细微的粒子尾迹,这些粒子会逐渐扩散到周边的空间中去。反物质粒子就是其中之一,但尚无法确定它究竟产生于超空间跳跃过程中还是普通的亚光速推进过程中。“超光速尘埃”是另一个形容这些粒子的术语,很明显它把这些粒子和超光速旅行联系在了一起,尽管这些粒子的物理特性依然不为人们所知。如果飞船尾迹所在的空间在几周内保持平静,那在常规传感器的帮助下,飞船尾迹可以被轻而易举地复制出来。如果时间过得太久,那过分消散的尾迹粒子就无助于获取有用的信息了。然而,即使是一条全新的尾迹,我们也无法确定它对重构精确的超空间跳跃轨迹能提供多大的帮助。(参考《绝地的孩子》第37页。)

超光速物理学家们已经找到了一种在超空间跟踪飞船的方法。在被跟踪的飞船上必须秘密安装一种帝国超空间跟踪设备。这种设备在本质上类似于一种超光波收发器,只不过其体积更小,功率输出更弱。尽管它的覆盖范围小到不足以在常规的星际距离内发射哪怕是最敏感的超光波阵列,但是,当飞船接近或穿过一条全像网S-线(帝国全像网的固定通信超光子束)时,它将干扰全像网线。这类干扰信号将被记录下来,并以此估计飞船的位置和跳跃轨道。误差不会超过1秒差距。由于全像网完全由银河政府维护,因此这种跟踪方法只有军事和行政机构才能掌握;由于超光波传感器产量低、造价高,因此飞船乘员很难发现暗藏的归航信标。

在超空间中移动的物体从实空间观察是非常奇怪的。就像天上的超音速飞机带有音爆一样,超空间中的飞船也会发出耀眼的闪光。从实空间的角度来看,只有当观察者恰好位于飞船后面一个圆锥区域时,才能感受到飞船的这种影响。这个圆锥区域在实空间被称为“切伦科夫锥”。在超空间,这个圆锥以飞船轨道为顶点,其尖锐度取决于飞船的速度。对较低的超光速而言,这个圆锥很宽。对《星球大战》中那些在超空间里的高速飞船而言,这个圆锥会很窄;锥面几乎与飞船轨道面呈直角。除非探测到超光波,否则只有当锥面掠过观察点时,观察者才能意识到飞船的存在。

超空间环境下的圆锥区域概念类似于“切伦科夫锥”,即介质中运动的物体速度超过该介质中的光速时发出的一种以短波为主的电磁辐射所形成的区域。但切伦科夫辐射的形成条件是介质的存在;而真空中的快子飞船不会自动发光,因为其运动速度远高于慢子物体。

来自飞船的光只能是两种,即本身发出的灯光和反射的星光。超光速航线深处的星际空间相当昏暗,因此不可能通过可视光来探测飞船。无论如何,飞船的形象都会因超光速相对论效应而变得无法辨认。这种奇特的景象将被视觉闪光锥环绕。观察者直视圆锥底面,会看到瞬间即逝的不规则光斑;观察者在圆锥内斜视,将看到在一点上出现两个光源,随后各自沿飞船轨道消逝。

除非依靠超光波,否则实空间和超空间之间不可能进行通讯。任何光速或亚光速信号都赶不上一艘在超空间中航行的飞船,同样,从一艘在超空间中航行的飞船上发出的信号甚至会比飞船本身晚抵达目的地。在超空间中和一艘行进中的飞船进行近距离通讯也需要依靠先见之明或运气,以便在飞船轨道上选择一个合适的信号传送方向。即便如此,对方飞船也有可能在还未聊上几句的情况下一闪而过。没有超光速信号,实空间和超空间之间的双向联络是无法实现的。这样,快子超光波就成了信号传输的唯一选择。

星际间的超光波收发器需要极大的功率。这有效地限制了此类设备的广泛应用。除了大型战舰,超空间中的小型或中型飞船是无法通讯的。

五、超空间环境

相对实空间银河系而言,超空间中所有物体的移动速度都比光速快。飞船在超空间相对于行星或其它物体而言不可能处于静止状态。对某些设备而言,它们有可能沿曲线轨迹进行超空间旅行,从而会回到起点。这就是帝国情报部门的“超空间轨道扫描器”及其环状超空间轨道。

1、隧道效应

超空间中的景象和飞行路线附近的实空间物体有关,但由于所有物体都以超光速倒退,因此这一景象早已失真。相对论效应在这里表现得尤为明显。实空间的观察者将看到飞船严重而异样的相对失真,但对星际飞船的乘员来说,整个银河系似乎也以同样程度的失真倒退着。

星际飞船好像航行在一个被万花筒般的花纹装饰起来的管状隧道中。这种景象其实该归因于银河星域。那些花纹和附近天体的多样性(比如密集的星团和空旷的太空)有关。由于星域本身是三维的,因此他们看起来似乎在以不同的视距倒退。他们之所以永远也不会飞近星际飞船是因为驾驶员在确定航线时总能巧妙地避开障碍物。

经验丰富的超空间探险家也许具备一定的技能使他们可以从超空间漩涡中分辨出实空间的星团和星云。这样,凭借出色的意识和好运,新的安全跳跃通道就有可能被发现。年轻的探险家加夫·达拉贡和乔丽·达拉贡兄妹便因此意外地发现了旧共和国已知世界和西斯帝国之间的快速通道。事实上,超空间探险极其危险,一般都由廉价的探测机器人完成,而不是手动操作的飞船。

2、碰撞和质影

超空间并不是和实空间毫无联系的另一个空间。超空间的每一点或每一秒都与实空间的某一点或某一秒相关,反之亦然。超空间并不脱离于实空间;超空间仅仅是物体以超光速运动时所经历的某种宇宙状态。

实空间中的物体和能量场对超空间中的物体也有影响。从超空间旅行者的视点来看,普通的银河亚光速现象将以不同的形式显现,就好比对实空间观察者而言,超空间中的飞船看上去也具有迥异的特征。实空间物体在超空间中的影响被称为“质影”效应。与宏观世界的质影发生碰撞通常是悲惨致命的。

亚光速物体可以和超空间中的物体相互影响,反之亦然。超光速碰撞对实空间物体也将产生破坏性的后果,但对人类直觉而言,超光速碰撞的具体运动机制没有常规物体间的相互作用那样简单直观。

当实空间的慢子物体损失能量时,它们速度变慢;从亚光速逼近光速需要动力。从超光速逼近光速也需要动力。对快子物体而言,损失能量意味着速度变快。经历过超光速碰撞的飞船残骸将以更快的速度向不同方向散开。这将导致与附近背景物体质影的更多碰撞,最终所有的残留物都将被碾成高速运动的亚原子粉末。这股超光速辐射将很快消散在整个宇宙。

一旦飞船被毁于超空间,那它们的残骸将再也无法返回实空间,即使对那些正好在跳跃时发生事故的飞船而言,也只有极少一部分残骸能留下。帝国军队的希尔·索朗南少校(Major Sil Sorannan)曾在一个专攻超光速实验物理学的军事研究小组工作。按照他的说法,在超空间中释放的物体将永远留在超空间。要返回实空间就必须使用超光速推进器。这很好地印证了前面关于超空间、超光速旅行和快子的观点。

超空间中的星际飞船很有可能与不起眼的星际气体发生微弱的碰撞,从而受到曳力的影响。如果这种效应过于强烈,飞船将有可能加速。如果飞船穿过密度更大的星际介质,不仅仅船体会被烧蚀,航速更有可能达到难以置信的程度,最终错过目的地,毁于更严重的碰撞。

在超空间中合理地使用亚光速推进器也许能抵消星际间的拖曳效应。这便解释了《新的希望》中“千年隼”的亚光速引擎在接近奥德兰出口点时已被点燃的原因。(也有可能当时亚光速引擎是在低速运转,以便在重返实空间后能快速启动。)

六、禁锢场

就像质影一样,实空间物体的引力场也能对超空间中的飞船产生影响。穿过引力场的超空间通道会干扰星际飞船的航行轨迹,使它充满危险,甚至引发飞船和引力场内天体的碰撞。最乐观的可能也将是飞船偏离预定目的地。因此,所有超光速推进设备都带有安全保险系统,确保飞船在逼近引力井边缘的时候能被及时拉回实空间。任何在超空间中航行的飞船在试图穿越一片受引力井影响的区域时,都会被这些标准安全系统自动带回实空间。

超光速推进器在受强引力扭曲影响的区域无法正常工作。由于自然引力井的作用,在行星或其它大型天体的边缘是不可能进行超空间跳跃的。为了安全地跳入超空间,飞船必须事先航行到至少几个行星直径的距离。一颗普通可居住行星的引力影响使跳跃距离在12个行星半径之外。这意味着阻止超光速推进器启动的引力场强度至多是0.7米/秒2。不过,对离开超空间的环境要求显然没有进入超空间的要求严格。“千年隼”在从塔图因到奥德兰的途中计划的出口点仅仅距离行星表面一个直径。

人造引力、反重力装置、牵引波束和其它一些相关成果自古以来就是“《星球大战》文明”基本科技的一部分。科学家在银河历史上至少有两次试图从常规的引力技术中寻找阻止超光速推进器启动的方法。

雅汶战役前,银河帝国的武器研究人员提出了一种人造引力井发生器的概念。这种设备就像一个强大的引力发生器,使附近发生时空扭曲,阻止超光速推进器发挥作用。死星上的工程师至少拥有一台实验型样品引力井发生器,但它的便携性使它显得很不稳定。如果没有精心的防护措施,它被启动后很有可能发生内爆,生成黑洞。在瑟德里上有一种被称为“金色太阳”的智慧复合有机体。通过对其特殊性质的研究,帝国在死星毁灭后数月内成功开发出了安全实用的引力井发生器。

帝国舰队新预定了一批带有引力井武器的大型军舰。西纳舰队系统(SFS)建造的“禁锢者”警戒巡洋舰就是这项计划中的第一批飞船。这种飞船以禁锢效应防止邻近的敌舰安全逃入超空间,或把附近埋伏在超空间中的飞船拉回实空间。“执行者级”星际无畏舰上没有安装引力井发生器,因为它是SFS的竞争对手夸特动力制造厂(KDY)在同时期建造的。不过,这项技术很快就普及了,因此禁锢场发生器在后来的旗舰设计中成为标准的武器,包括“君主级”星际无畏舰和皇帝自己的“日蚀级”星际无畏舰上都装有这套设备。

最著名的禁锢场出现在恩多战役14年后的第一次科瑞利亚叛乱中。以古老而神秘的中端站为中心,整个科瑞利亚星系笼罩在几光月范围内的禁锢场中。人们不知道中端站的起源,只知道这个庞然大物的功能甚至能令设计死星的天才工程师贝瓦尔·勒梅里斯克都自叹不如。由于星际飞船早在接近科瑞利亚星系之前就被禁锢场拉出了超空间,因此星系内反对外来武力干涉的政治军事行动得以顺利进行。

3 thoughts on “用理性分析科幻——考察《星球大战》中的“超空间”

    1. zzwthegreat Post author

      @清纯与时尚: 科幻也是需要一点严肃的态度看的,毕竟科幻也有成为现实的可能,没有梦想的指导,技术是没有方向的。

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