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盘点2012：科技追赶科幻

文/赵洋

您能拿到手上这份杂志，说明科幻片《2012》中的故事并未真正发生，玛雅人的历法确实是循环的，2012年绝非时间的终点。在我们庆幸世界依然存在的同时，不妨将这个颇具科幻色彩的年份回顾一番，看看在真实的科技领域，人类又取得了哪些进步，以至科幻都显得有些落伍了。

隐身衣：暂对微波有效

自从20世纪初相对论和量子论引发物理学革命以来，基础科学的进步越来越超出常人的理解范围，根据这些匪夷所思的科学原理开发出的技术也更具科幻色彩；“隐身衣”就是这样的发明。H.G．威尔斯在1897年出版的《隐身人》以其创造的隐身术及其带来的社会混乱早已成为经典。2012年11月，科学家首次采用人工打造的“隐身衣”实现了物体在特定电磁波长下的遁形，为这一科幻构想添上当代的注脚。

给物体披上隐身衣的想法始于2006年。当时，英国帝国理工学院的约翰·彭德里与美国杜克大学的戴维·舒里希和戴维·史密斯在《科学》杂志上发表论文，提出“变换光学”理论，后来他们又在《科学》杂志上发表论文，首次利用微波论证了这一理论。

以往其他研究团队研发的隐身衣可使人们看不见被罩住的物体，但仍能看到物体后面的背景。隐身衣对光线的反射会使背景看上去有些发暗，就像周正龙的老虎一样突兀。

现在，史密斯教授和他在杜克大学的同事内森·兰迪重新设计了微波隐身衣边缘的结构，保证了微波能完全绕过隐身衣而不发生任何反射。他们使用一种菱形的隐身衣使电磁波完全绕过了一个直径7.5厘米、高1厘米的圆柱体。这是第一件真正能够恰到好处地解决背景融合问题、使物体实现完美隐形的隐身衣。

虽然效果堪称完美，但这种隐身衣却只对特定视角有效。史密斯教授解释说：“这就像《爱丽丝梦游奇境》中的扑克人一样。如果他们转向与你视角平行的方向，你就看不见他们，但若从垂直方向看去，又会看得清清楚楚。”

把微波环境下的隐身衣推广到可见光环境中还有很长的路要走，但目前的发明已经具有重要的实用价值，特别是在电信和雷达领域，可大大提高微波的性能。

石英VS石头：长期数据存储

还记得刘慈欣在《三体Ⅲ·死神永生》中提及长久保存地球文明成就的办法“把字刻在石头上”吗？现在这个究极存储方案的简化版已经出台了。虽然目前这个方案还达不到保存数据至宇宙毁灭之日的程度，却足以将闪存盘（数据保存时间5年）、硬盘驱动器（10年）、磁带（15至30年）远远抛在时间的铅幕之后了。

2012年9月，日立公司宣布已研发出利用石英玻璃存储数据的技术，运用此项技术可将数据的保存时间提升至数亿年之久。日立的研究人员曾将一块石英玻璃碎片加热至1000摄氏度，两小时过后，仍可从这块玻璃碎片上读取所有信息。他们据此推算，该技术保存数据的时间可达数亿年。石英玻璃内的二氧化硅纯度比普通玻璃高，是优良的记录介质。在高功率脉冲激光的照射下，石英玻璃内会形成折射率不同的微小区域（点）。如果把有点的区域记作“1”，无点的区域记作“0”，就构成了一串二进制数据，同时还可以根据点阵的图案，刻录文字和图像。利用石英玻璃的这一特点，就能将刻录的数据格式和播放方法等信息与数字数据一起保存下来。美中不足的是，此项技术的存储密度不够高。在测试中，每平方英寸石英玻璃的存储量约为40MB，而目前市场上硬盘的每平方英寸存储量则高达1TB。但比起在石头上刻字，石英玻璃的存储密度又要高得多了。让我们祈祷几亿年后的信息继承者，还掌握着依靠光学显微镜来辨识石英玻璃中图像和文字的技术吧。

流浪行星：距太阳100光年

在科幻小说《流浪地球》中，因为太阳即将发生灾变，人类被迫利用火箭发动机推动地球，使其向宇宙深处流浪。在现实的2012年，加拿大蒙特利尔大学的研究人员及其欧洲同事使用加拿大-法国-夏威夷望远镜（CFHT）和欧洲南方天文台的甚大望远镜（VLT）获取的数据，发现了一颗不围绕任何恒星运转，而是在宇宙中自由飘荡的“流浪行星”。

得到这项发现的天文学家们虽没读过刘慈欣的作品，但对于流浪行星的出现并不感到意外，因为他们早已猜测到宇宙中可能存在流浪行星，并且已经花费十多年的时间试图找到这样的行星。当然这样的搜寻是极为困难的，称其为大海捞针也不为过。天文学家们猜测，这颗孤独的行星可能是在其形成之初便被抛了出去，它现在不属于任何一颗恒星，而是自由飘荡在距离地球约100光年的太空中。

这颗流浪行星的编号为CFBDSIR2149，看起来它似乎是剑鱼座AB移动星群的成员之一。所谓剑鱼座AB移动星群，是与恒星剑鱼座AB一起在天空中移动的约30颗恒星组成的星群。这一移动星群的成员在寿命、金属丰度和运动模式方面都极为相近，因此它们很可能是在同一个区域形成的。这颗流浪行星的年龄大约为5000万至1.2亿年，表面温度在400摄氏度上下，质量约为木星质量的4至7倍。这项发现支持了一项理论，即这类孤立天体的数量要比我们原先认为的更多。

由于该行星没有被恒星的强烈光芒所遮掩，所以天文学家可以对这颗行星的大气层展开细致的研究。这种研究所获得的信息，反过来又可以帮助天文学家更好地理解那些围绕恒星运行的行星。此前，已经有数颗类似的天体被发现，然而由于没有对它们年龄的科学确认，无法确定其实际存在，天文学家甚至无法确定它们究竟属于行星还是褐矮星（一种质量过小，无法在其核心区域启动热核反应的恒星）。

天体物理学家阿提高表示：“这颗行星是在一次对覆盖相当于1000倍满月面积天区的巡天过程中被发现的。”她说，“我们观测了数以亿计的行星和恒星，但我们只发现了一颗流浪行星。而现在，我们正打算从这些天文数字的天体中间继续搜寻这类行星体。这真的就像是在数千个柴堆里寻找一根绣花针。”

我们不妨设想一下：这颗流浪行星的寿命短、温度高，应该不存在原生生命，那么其他尚待发现的流浪行星上会有生命吗？如果有生命，他们进化出智慧了吗？他们是被迫“流浪”还是自愿的呢？他们处于“刹车时代”、“逃逸时代”或“流浪时代”中的哪个阶段呢？在开发出更先进的天文观测技术或宇航技术之前，上述问题都将是永久的谜团。

三体世界初现

在2012年的中国科幻迷圈里，比发现流浪行星引起更大轰动的科技新闻是：天文学家在半人马座α星系统内发现了行星。在科幻影片《阿凡达》和科幻小说《三体》的设定中，半人马座α星系统都存在着适宜生命存在的行星。

2012年10月，天文学家宣布在半人马座α星B恒星周围的轨道上存在一颗质量与地球非常接近的行星。该行星的公转轨道相当于水星到太阳距离的十分之一。天文学家将其命名为半人马座α星Bb。半人马座α星B属于K1V型主序星，因此，半人马座α星Bb行星位于该恒星宜居带边缘之内更靠近恒星的轨道上。恒星周围宜居带，是指该区域内的天体表面温度支持液态水的存在。显然该行星的轨道显示其并不宜居。天文学家推测该行星的表面是个“炼狱”，这是一个充满熔岩的世界。

半人马座α星是距离太阳最近的恒星——它距离我们只有4.3光年。半人马座α星实际上是一颗三合星——该恒星系统拥有两颗一等亮星，半人马座α星和半人马座β星，这两颗恒星的化学构成和亮度与太阳类似，并且两颗恒星以相对的一方为中心旋转，周期为80年。三颗中最不起眼的一颗是半人马座α星C，又称比邻星，是一颗红矮星。半人马座α距离我们最近，是全天最亮的星之一，也很容易被观测。从19世纪起，天文学家们就在对这个三星系统的运行轨道进行推测。半人马座α星在天文学史上一直都是人们猜测“最有可能有智慧生命”的恒星系统之一，所以科幻作家对其也情有独钟。人类关于那片区域的行星研究已经进行了几十年，那颗微小黯淡的红矮星“比邻星”曾经一度被认作一颗行星。不过，这些早期的“发现”在之后都被证明是不准确的。

半人马座α星Bb行星的发现意义在于证实了在距离地球最近的恒星系统中存在质量与地球非常接近的行星世界。这一消息出现得比科学家预想的提前了些。研究人员弗里兰认为，既然已经在距地球最近的恒星系统中发现了类似于地球的行星，此后各国太空机构可以开始设法进行恒星际探测的准备。

目前，天文学家已经在距太阳15光年的范围内发现了56颗恒星，这些恒星四周的行星将是人类首批恒星际航行的目的地。此前，英国星际学会以及Tau Zero基金会已着手进行了多年的星际任务设计，“伊卡洛斯”星际航行计划就是其中的代表。但这些民间组织渴望获得美国宇航局或者欧洲航天局在资金和技术上的介入。可以预见，21世纪及未来的人类太空探索核心任务将是争取在其他行星上发现不同生命的存在，而由此引发的对另外一个恒星系统的探索也将获得公众的支持。

接下来天文学家将对该三体系统进行进一步的探测，以确认在宜居区内是否存在质量与地球接近的行星，如果存在，那就让我们祈祷其上的智慧生命不会经历“乱纪元”，否则处于“恒纪元”的地球必将成为他们的“探测”目标。

百年星舰，百年大计

随着半人马座α星Bb行星的发现，我们总算有了一个能在100年之内到达的目的地行星。以前只在科幻小说中才有人类乘坐宇宙飞船去探索太阳系的外层空间，现在，美国宇航局和美国国防部预先研究计划局（DARPA）共同开展了一项研究，目标是在一个世纪内将这种远距离太空飞行变为现实。这项研究名为“百年星舰”，参与研究的科学家不仅将尝试探索所需的技术，而且也将尝试一种有效的商业模式，以便在100年内实现远距离载人太空飞行。

“百年星舰”计划派遣宇航员单程登陆火星，并实现人类在火星的永久性居住。美国宇航局艾姆斯研究中心主任皮特-沃登说：“这个载人航天探索项目如今真正瞄准在其他星球上定居。而在20年前，你只能在私下里小声谈论这种事情，以免被炒鱿鱼。”以前之所以不敢讨论此事，是因为它既诱人又危险，一旦开展，恐怕会耗光一个中等国家的国库。

2012年5月，DARPA宣布投资50万美元，请NASA前宇航员梅-杰米森领导“百年星舰”研究项目的工作。这是一项艰巨的工作，现有技术难以实现。因此，“百年星舰”研究项目启动时需要组建一个包括航天爱好者、工程师、技术专家、未来学家、科学家以及梦想家在内的庞大团队，他们要一一铲除技术等方面的重重困难，同时寻求资金使这项工作持续下去。

“百年星舰”计划合作单位、美国伊卡洛斯星际组织负责人亚当-克鲁尔说，他们的第一个目标是火星，或是火星的两颗卫星。计划的两大挑战是新的推进系统和定居火星的生命维持系统。“我们将致力于打造持续百年太空飞行的星际飞船，以及可行性星际技术，最终全人类将从中受益。”按照计划，飞船将搭载适合人类长期生活在宇宙的生命维持系统，到达目标星球后，在那里建立一个人类星际殖民地。

2012年9月30日至10月2日，DARPA在佛罗里达州奥兰多市召开会议，详细探讨人类如何在星系中殖民探索。此次会议上，高级工程师、物理学家，甚至科幻小说作家都纷纷发表了各自的观点。此次会议组委会主席、著名物理学家詹姆士-班弗德称，这是迄今为止最广泛、最深入、最有见解的星际旅行探讨活动。在会议递交的205份研究报告中，专家们研究分析了太空旅行推进装置的可行性、地外天体的宜居性，以及人类在太空繁衍后代等涉及伦理的问题。最终的讨论结果是，目前将有计划地依据发展目标实现人类星际旅行。太阳帆、机器人小行星采矿、核动力火箭和微型生态系统这些看似科幻的概念，成为会议上被提及最多的关键词。DARPA技术主管戴维-尼兰德对“百年星舰”计划信心满满：“如果你在1910年去问爱因斯坦或是马可尼，如何才能让普通人享受全球通讯的便利，他们一定不会想到智能手机。”

会议上，来自美国“搜寻地外文明研究所”的吉尔-塔特提出了人类移居太空并拓展至太阳系之外的理由。她说：“我们需要解决人类文明在地球上繁衍所面临的问题，我们需要考虑移居至太阳系其他星体，保护人类文明不会因为科技发展所带来的负面效应、环境资源滥用、小天体对地球造成的致命性碰撞而走向毁灭。”

最精确的太空导航术

太空远航要维持航向，最重要的就是导航技术。古代中国的水手利用“牵星术”进行天文导航，航行在陌生的海面上。未来的星际水手要远航其他星系，同样要通过测量飞船与恒星的相对位置来定位。但现有的深空探测任务如果依靠在地面建立的深空测控网进行导航，测控信号强度会随距离增加而衰减；如果采用传统天文导航方式，又会出现导航精度低或技术难度大等问题，从而无法满足星际飞行任务高精度导航的要求。

脉冲星是一种高速自转的中子星，自转轴与磁极轴之间有一个夹角，两个磁极各发出一束辐射波，如果星体自转且磁极波束扫过安装在地面或航天器上的探测设备，就能获得一个脉冲信号，犹如为海上船只导航的灯塔。目前，德国马克斯-普朗克研究所的一个小组正在研发基于脉冲星X射线的“三角定位”太空导航技术，以便为宇宙飞船导航。脉冲星自转具有良好的周期稳定性，被誉为自然界最稳定的时钟，所以导航精度很高，在太阳系内外都可以精确到几英里以内。眼下，天文学家还需要搜寻更多合适的脉冲星，并弄清其基本物理特征，以便把它们当做灯塔使用。

牵引波束

在科幻影片《星际迷航》中，“进取”号飞船的船员经常利用“牵引波束”拯救陷入危难的友好飞船或者捕获敌方飞船。2012年，纽约大学教授大卫-格里尔和研究生大卫-鲁菲纳研发出一项具有科幻色彩的新技术，可利用光束将粒子移动到光束的源头。这项技术不免让人联想到《星际迷航》中的牵引波束。格里尔和鲁菲纳已在实验中验证了这项技术。在他们的实验中，光线能够移动物体——这种特性构成了太阳帆飞船的基础，但利用光线远距离拖拽物体面临相当的难度。在微观尺度下，物理学家能做的就是利用基于激光的“镊子”型装置，在二维尺度下将粒子拖曳微小的距离。

这种波束尚不足以捕获一艘星际飞船。实验中，格里尔和鲁菲纳利用这项技术让悬浮在水中的微小硅球移动了30微米。虽然这项技术仍处于萌芽阶段，但它打开了一扇将科幻变成现实的窗口。美国宇航局也对该研究产生了兴趣。

居里夫人曾说：“把生活变成科学的梦想，再把梦想变成现实。”科幻作品为我们提供了无数基于科学的梦想，不要担心它们的天马行空，总会有科学家与工程师努力把它们变成现实的。毕竟，“任何非常先进的技术，初看都与魔法无异。”

[责任编辑：杨枫]