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如何習得《駭客任務》裡的絕招「子彈時間」?──《科幻電影的預言與真實》

PanSci_96
・2018/07/23 ・3883字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

編按:七月選書《科幻電影的預言與真實》,由身兼作家與電視主持人的邁可‧布魯克斯與量子物理學博士兼記者瑞可‧艾德華斯兩位作者討論科幻電影裡的情節能否成真,揭密各種電影背後的科學秘辛,並且加入各種打諢插科的對話內容,對人類的命運展開各種科學想像、思辯與對話。

電影《駭客任務》中的經典「子彈時間」場景。圖/imdb

尼歐在《駭客任務》裡的絕招令人大感驚奇,因為他不受虛擬環境中運行的時鐘限制,所以他能抽離,讓周圍慢下來,藉此躲開探員發射的子彈。所以如果你想躲子彈(誰不想?),你只需要讓外部世界的時間流逝速度,比在你身上流逝的速度更慢就行了。這讓我們不得不問這個問題:我們能獲得子彈時間嗎?拜託?

寧死也要獲得的時間

瑞克:你有看過麥爾坎.葛拉威爾(Malcolm Gladwell)那本書嗎?書裡說他花了一萬個小時精通一項技能。真的很久吧?我不確定我是否那麼想要某個技能。你覺得你會為了任何東西投入一萬個小時嗎?
邁可:有,想辦法讓書賣得和葛拉威爾一樣好。
瑞克:進行得不是很順利吧?
邁可:說句公道話,我大約已經投入了七千小時了。
瑞克:是喔,但我不確定你的工作時數是不是還有三千個小時。

真相來了──電影都是騙人的。你在看《駭客任務》時,看到的是連續的靜止影像,只是你的大腦解釋為它們在運動。當然囉,你早就知道了。不過,你是否想過這代表什麼?電影的連續動作能成功,暗示了我們的腦在欺騙我們;而大腦欺騙我們最嚴重的,莫過於我們對時間的感知。

時間是我們大腦粗製濫造的一棟東搖西晃的大樓。你頭骨裡的那個果凍,收集了各種可取得的感官資訊,例如視覺與聽覺線索,創造出一種印象,說明事件的時間長度與順序。所以,生命雖然彷彿在連續的線軸上開展,但你的腦其實只是把外在世界的許多片段集合在一起,就和你在看《駭客任務》或其他電影時它做的事一樣。因此,時間在每個人身上流逝的速度其實不同,會根據訊號要花多久時間通過身體而決定。

蒼蠅取樣的時間可是一秒鐘幾十萬上下的。(誤)圖/imdb

要為人腦從環境中取樣的速率定下一個特定的值並不容易,不過如果我們想要體驗「子彈時間」,我們應該只要大幅提高大腦的取樣率,並重新校準我們的「主觀時間」(我們感知到的事物持續時間長度)與「客觀時間」(我們的手錶告訴我們時間過了多久)的比較結果。

如果我們的腦知道──或是以為它知道──每秒將會得到 x 個影格的視覺資訊,但若突然把取樣率加倍,成為每秒 2x 個影格,大腦就會把這段時間解釋為原本的兩倍。換句話說,時間感覺就像是慢下來了。主觀時間會被改變,但客觀時間還是一樣。賓果!子彈時間到手。

有可能嗎?嗯,說不定。蒼蠅對世界取樣比我們快得多,這代表相對於我們,牠們活在一個時間慢很多的世界裡,因為牠們是用一個更精細的刻度在觀察動作。這就是為什麼我們相信蒼蠅很容易就能躲過報紙的攻擊,對牠們來說,報紙根本是在散步。蒼蠅隨時都在過牠們自己的「子彈時間」,或者你可以說是「報紙卷時間」。

而且你不是沒有經歷過類似「子彈時間」的東西。很多人都有經驗,覺得在某些時刻──通常是危險或是高壓時──時間彷彿走得比較慢。為什麼?有沒有可能是我們的大腦提高了取樣率呢?

神經科學家大衛.伊葛門(David Eagleman)試圖用一個超乎尋常的實驗回答這個問題。他說服一群自願者乘坐遊樂園裡的「懸空掉接裝置」,其實就是從五十層樓高的平臺往下掉。這東西非常可怕──正是伊葛門想要的。

台灣的遊樂園也有「懸空掉接裝置」的遊樂設施。圖/YouTube

他要求自願者在事後回報他們掉落的時間長度,還要他們看著其他自願者往下掉,估計那些人經歷的時間長度。自願者估計的自己掉落時間,大約都比實際多了三分之一。這就是時間膨脹(time-dilation)效果,顯示對於嚇壞的自由落體乘坐者來說,主觀時間變慢了。目前為止,沒什麼問題。

除此之外,每個乘坐者身上都穿戴了伊葛門和學生切斯.史戴特森(Chess Stetson) 一起發明的「精密感知計」。其實就是一支會閃出隨機數字的手錶,數字出現的速率可調整。精密感知計可能會在黑色的背景上閃出紅色的數字 83,接著在紅色的背景上閃出黑色的 83──和前一次畫面完全相反的色彩配置。

當兩個影像在不到一百毫秒之類的極短時間內前後出現,大腦的校正程式就會整合兩個影像。所以如果第二個影像(也就是第一個影像的負片)很快就出現,大腦會看到一片空白。

自願者將精密感知計戴在手腕,伊葛門事先調整了數字閃出的速率,建立每個自願者的感知門檻──上限是自願者勉強看到數字的速率,接著他再調快一點點。如果自由落體時的時間真的過得比較慢,那麼受試者的時間解析度就會比較高,也就是「每秒影格數」較多,因此他們應該能看到以更高速率閃過的數字。

想體驗子彈時間嗎?坐雲霄飛車吧!圖/pixabay

實驗結果打破了我們原本的看法──沒有任何自願者在墜落時能看到那些數字,暗示掉落者根本沒有經歷較高的時間解析度。那為什麼大家回報的掉落時間,都比實際時間長呢?

這可能是因為危險會讓我們有一種特殊的假記憶。在壓力之下,腦中的杏仁核會接管大腦,以「高畫質」記錄記憶,而事後大腦回想這段記憶時,會看到高密度的資料,於是錯以為當時一定是花了一段時間才能記下這麼多東西。用伊葛門的話來說,你會覺得:

「媽啊,那真是超久的。」

如果伊葛門是對的,那麼你在危險時刻也不太可能像蒼蠅那樣。你無法躲開危險,因為時間沒有變慢,你只是對威脅的回憶更詳細。就像是尼歐記得子彈以慢動作朝他飛來,但是他無法移動:「那顆子彈要打中我了,那顆子彈要打中我了,糟糕!那顆子彈打中我了!」

想到這裡,這真是最糟的可能性了:

對於無法迴避的災難擁有強大、詳細的記憶。但是等一下,這些都無法解釋關於短暫、危險情況的常見回憶。我們通常會對於在客觀的「轉瞬間」,腦海中冒出的想法與表現出的行動數量之多感到不可思議。

既然子彈時間沒有發生,那為什麼感覺變慢?

戰鬥或逃跑?圖/vignette

如果以伊葛門的自由落體實驗來解釋,時間解析度並沒有加強、時間變慢也只是記憶玩的把戲,那麼為什麼我們的反應像是時間為我們變慢了呢?

芬蘭圖爾庫大學的維塔利.亞斯提拉(Valtteri Arstila)的論點也許是我們的救星。他主張,和「戰鬥或逃跑」反應有關的壓力荷爾蒙,會迅速啟動可大幅加速大腦處理能力與速度的機制,使得大腦覺得外在的世界彷彿變慢了。以從事高風險極限運動者為對象的研究顯示,有些人能「打開」這種時間變慢的感知,換句話說,他們能以此控制他們自己的子彈時間。

就算這是真的,這個機制也尚未獲得了解,所以我們不清楚你要怎麼做才能得到這種好處──除了不斷在懸崖邊進行特技跳傘,或是從事其他不怕死的愚蠢消遣之外的方法。不過,我們這些凡人/有腦袋的人還是有希望的。

在基爾大學的實驗裡,受試者會先聽一段長度十秒鐘的快速滴答聲(大約每秒五聲),接著進行一些基本心智任務,例如算術、回憶單字,以及辨識目標。聽過滴答聲後,受試者會處理任務的速度,會比還沒聽的時候快了百分之十到二十,顯示他們腦中的時間速率以某種方式加速了。

這個我們覺得可以。這些變化也許不能幫我們躲子彈,但是偶爾能幫腦袋換檔也不錯。

精密感知計的原理:精密感知計會輪流閃出數字與相反配色的版本。
當交換的間隔時間變短,大腦會結合兩個畫面,創造出「零」的組合,我們就看不到數字了。圖/方言文化出版社提供

同場加映:過時的大師

幫恐龍大大因為太大隻而無法活在當下 QQ。圖/pixabay

「活在當下真的很重要」,這是教人自立的大師會講的話。令人開心的是,這不可能做到,因為我們都活在過去。

全都要怪我們大腦處理感官資訊的方式。資料以不同的速度從不同的地方進來,並由大腦的不同區塊加以處理。接著,大腦必須漂亮地進行「時間整合」,將所有東西編輯、縫合在一起,創造出清楚的事件輪廓。

這導致一個意料之外的結果,就是大腦必須等到動作最慢的那個資訊抵達,才能進行最後的組合。耽擱的時間大約是十分之一秒,但確切的時間會根據你的體型而定。邁可沒有瑞克那麼病態的高,所以如果有人同時碰他們的腳趾,這個感官資訊需要比較長的時間才能傳到瑞克的腦。邁可短短的四肢總算讓他有個優勢了—他很接近活在當下。

此外,等待所有資訊抵達只是比賽的一半而已。你的腦假設你在與世界互動時,所有相對應的視覺影像、觸摸、聲音都是同時發生的。當你彈手指,做這件事的感覺、這件事發生的畫面、彈手指的聲音,似乎理所當然都是同時發生。但其實大腦必須額外做點努力,預期到即將傳來的訊號,才能達到這種同步感,讓你對情況有合理的感受。

 

 

本文選自泛科學2018年7月選書《科幻電影的 預言與真實:人類命運的科學想像、思辯與對話》,方言文化出版社。

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想變年輕?就靠時空旅行!——《高手相對論》
遠流出版_96
・2022/04/29 ・2673字 ・閱讀時間約 5 分鐘

孿生子弔詭

這難道不是一個讓人活得年輕的方法嗎?的確是,而且後面講到廣義相對論的時候還會介紹另一個讓時間變慢的機制。科幻作品經常使用這種素材,比如電影《星際效應》(Interstellar)裡,太空人去黑洞附近執行任務,回來的時候還挺年輕的,可是自己的女兒卻已經很老了。

正所謂「山中方七日,世上已千年」。我想提醒你的是,這裡說的時間變慢只是不同座標系對比的結果。對於參加星際旅行的你來說,你實實在在活過的時間還是正常的壽命。在相對性原理之下,你根本感覺不到自己多出來什麼時間,如果你在地面上一輩子能讀一萬本書,在太空船上過這一輩子也只能讀一萬本書;你在山中過的這七天,也是一日三餐,共吃二十一頓飯。

在相對性原理之下,你根本感覺不到自己多出來什麼時間。圖/envato elements

但是你的確比地面上的人老得慢。說到這裡,有個著名的問題,叫「孿生子弔詭」。

假設你有一個雙胞胎妹妹,在你們二十歲這一年,你乘坐接近光速的太空船前往遠方執行任務,你的妹妹留在地球上。在你妹妹眼中看來,你這一走就是五十年,你回來的時候她已經七十歲了。可是因為相對論效應,你在太空船座標系下體會到的這段旅程只有三十年,你回來的時候才五十歲。

你離開的時候,兩人一樣大,回來的時候妹妹比你老了二十年。這個事實是沒問題,但人們會有一個疑問。相對於你的妹妹,你在太空船上是高速運動,所以會有時間變慢的效應,所以你比你妹妹年輕。可是反過來說,相對於你,你妹妹在地球上難道不也是在高速運動嗎?為什麼不是她比你年輕呢?

這個問題的答案是你和你妹妹所在的座標系並不是等價的。你妹妹一直待在地球上,可以近似為一個等速直線運動的座標系。而你離開地球必須首先加速到接近光速,到達目的地要減速、掉頭、再加速,回到地球還要再減速,你經歷的並不是等速直線運動。你在加減速的過程中得使用力量,你會有「貼背感」,而你的妹妹沒有。

相對於從地球出發又折返的星際旅行,一直待在地球上比較像是等速直線運動。圖/envato elements

考慮到這些,精確計算你在每個階段相對於你妹妹是什麼年齡就比較麻煩了,這裡先不講,在本書番外篇會專門進行一點技術性的討論。

確定的是,這個效應是真實的,你真的比你妹妹年輕了二十歲。孿生子的效應已經有實驗證實。

驗證這個效應不需要真的進行星際旅行,你只需要一種精度非常高的原子鐘。先將兩個原子鐘對時,然後將一個放在地面不動,把另一個帶上一般的民航機的國際航班飛一圈。飛回來後,再把這兩個原子鐘放在一起,就會發現它們的時間有一個極其微小的差異——這個差異是實實在在地存在的。參加了飛行的那個原子鐘,現在確實比留在地面的那個「年輕」一點。

如此說來,那些經常在天上飛的飛行員和空服員都比一般同齡人要年輕一點!但是他們參與飛行的速度不夠快,一輩子也差不了一秒。而如果你能把自己的速度提高到接近光速,那麼你的一天是地面上人的一年,甚至一千年,在理論上都是可能的。你就等於穿越到了未來。

一輩子也比別人年輕不了一秒的飛行員們(?)圖/envato elements

時空是相對的

與時間膨脹相對應的一個效應是「長度收縮」。

還是以太空人為例。同樣一段距離,我們在地面看他應該飛二十五年才能到,在他自己看來,飛十五年就到了。而且請注意,不管是哪一方看來,太空船相對於這段距離的飛行速度是一樣的。

這就意味著,太空人看到的這段距離,比我們看到的要短。

如同時間,長度也是個相對的概念。一個物體的長度在相對於它靜止的座標系中是最大的,如果你和它有一個相對的運動,你會覺得它比靜止的時候短一些。這就是長度收縮。

當我們和某物體有相對運動時,它的長度看起來會短一點。圖/envato elements

我還記得小時候看過一個日本動畫片,裡面用極其誇張的手法描寫了這個現象:幾個孩子騎自行車,其他人感覺他們都變瘦了。

其實嚴格地說,有人透過計算,得出三維物體的長度收縮效應是你「觀察」到的,而不是你「看」到的。考慮到物體各個部分的光到達你眼睛的距離不一樣,你的眼睛實際看到的感覺,只是這個物體旋轉了一個角度而已,在視覺上不會覺得它變短了;但是如果你考慮到光速是有限的,物體不同部分的光線到達你的眼睛有個時間差,你根據這個時間差做一番計算,即會得到長度收縮的結果。

時間膨脹和長度收縮這兩個效應告訴我們:空間的長短也好,時間的快慢也好,都與座標系有關,不同座標系中的觀測者所看到的時間和空間是不一樣的。時空並不是一個客觀不變的、一視同仁的大舞臺,每個座標系都有自己的時空數字。當不同的座標系要想交流,得先做「座標變換」,把對方的時空數字轉換成自己的。

想跟不同的座標系交流,記得先調整時空數字。圖/envato elements

但是,在每個等速直線運動的座標系內部,你所用的物理公式,都是一模一樣的。

如果永遠不聯繫,你在太空船的生活和我在地面的生活就沒有任何差別。可是一旦要聯繫,我們的數字則會非常不一樣。而這些不一樣,又恰恰是因為光速在所有座標系下都一樣。

相對論是如此讓人不好接受,卻又是如此簡單。

相對性原理是一個信念,但物理學家從來都沒有把相對論當作「信仰」——科學的精神是實驗結果說了算。物理學家始終對相對論保持開放的態度。二○一一年,物理學家一度以為微中子的速度能超過光速,但是後來發現那是一個烏龍,是實驗設備有問題。

現在,我們只能說愛因斯坦完全正確。

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遠流出版_96
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遠流出版公司成立於1975年,致力於台灣本土文化的紮根與出版的工作,向以專業的編輯團隊及嚴謹的製作態度著稱,曾獲日本出版之《台灣百科》評為「台灣最具影響力的民營出版社」。遠流以「建立沒有圍牆的學校」、滿足廣大讀者「一生的讀書計畫」自期,積極引進西方新知,開發作家資源,提供全方位、多元化的閱讀生活,矢志將遠流經營成一個「理想與勇氣的實踐之地」。

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貓咪都比你懂物理!巴斯光年與他的物理喵喵
余海峯 David
・2022/06/24 ・2292字 ・閱讀時間約 4 分鐘

巴斯光年與他的物理喵喵。 圖/IMDb

1995 年《反斗奇兵》(Toy Story[註 1] 上映,當年只有八歲的我看的當然是粵語配音,「太空戰士,一飛沖天!」是電影中巴斯光年的著名台詞。這句台詞的英語原句是「To infinity and beyond!」,意思是「跨越無垠」,與粵語翻譯稍為不同,但對小朋友來說「太空戰士一飛沖天」[註 2] 卻是更加琅琅上口。

27 年後《光年正傳》(Lightyear[註 3] 正式把當年像個妄想症病人的巴斯光年背景故事放上大銀幕,再次勾起許多大人們的回憶。而這次巴斯光年是個真正穿梭宇宙的太空戰士,手上的終於不是「燈膽仔」[註 4] 而是真正的雷射槍,胸口上的按鈕亦終於不是台詞錄音機而是隱形裝置。

=============劇透警戒線=============

劇透警戒,還沒看過的趕緊撤離! 圖/IMDb

巴斯光年與伙伴們在電影中流落一顆充滿危險生物的行星 T’Kani Prime,要回到地球就必須突破光速的限制。由於飛船的引擎使用由各種不同化合物合成的結晶,巴斯光年必須親自測試不同組合,找出能讓飛船飛得比光更快的結晶。

問題來了,每次巴斯光年的試飛雖然只有 4 分鐘,但當他回到 T’Kani Prime 行星上,4 年的時間已經過去了。這是真實存在的物理效應「時間膨脹」(time dilation),當飛船以接近光速的速率航行,留在行星上的人所過的時間就會比飛船上的人過的更長。大家可能聽過的「雙生子悖論」(twin paradox)就是由此效應衍生的。

速度越接近光速,時間膨脹的效應就越大。巴斯光年花了十多次試航的時間也找不到正確的結晶(對巴斯光年來說只過了十多天,但對行星上的人來說已是 62 年),飛船一旦嘗試突破 70% 光速,結晶就會失效。

從相對論來看,巴斯光年早成功了

關於時間膨脹效應,可以參考我很久以前寫的一篇文章《你也能懂相對論》。有趣的是,電影給出了 4 分鐘和 4 年這兩個數字,我們就可以利用相對論的公式算出飛船飛得有多快。略去算式和計算步驟,假設飛船在 4 分鐘之內以全速飛行(實際上需要經歷加速和減速,因此實際計算會稍微複雜),巴斯光年的飛船速度為⋯⋯ 99.99999999999995% 光速!

咦,不是 70% 嗎?如果巴斯光年的飛船真的只以 70% 光速飛行的話,當他飛完 4 分鐘回到 T’Kani Prime 行星上時,行星上面的人過了的時間會是⋯⋯ 5 分鐘 36 秒。時間膨脹的效應仍然會是很明顯嘛,不過沒有電影裡面的戲劇性就是了。

因此,如果相對論要在電影世界中成立的話,就必須假設巴斯光年的飛船實際上飛得比 70% 光速更快。而更重要的是,喂喂巴斯光年,這不是成功了嗎?99.99999999999995% 光速也很足夠了吧,非得要 100% 才滿足嗎?難道你是個完美主義者嗎!?

巴斯光年惡補相對論。 圖/IMDb

被剝削的太空戰士

電影中的行星 T’Kani Prime 距離地球 480 萬光年,而司令要求巴斯光年保護整個星系⋯⋯咦?究竟我們的星系——銀河系(Milky Way Galaxy)——有多大呢?

銀河系是一個棒旋星系,其螺旋星盤直徑為 10 萬光年。所以,480 萬光年根本已經超越銀河系了吧好嗎!司令你是要剝削太空戰士嗎?請問有沒有太空戰士工會?

事實上,正在向銀河系衝過來的仙女座大星系(Andromeda Galaxy)也只不過距離我們 250 萬光年,所以 T’Kani Prime 恆星系統可能位於星系以外,並不屬於任何一個星系!能在廣闊的宇宙空間裡找到一個有生命存在的行星本身就是件壯舉吧!

巴斯光年的喵喵,是物理喵喵 (=ↀωↀ=)

因為巴斯光年的一句話,喵咪機械人 Sox 花了 62 年時間找出了正確的結晶合成方法。利用這個結晶,巴斯光年終於能夠突破光速進入「hyperspeed」,能夠帶所有人回到地球了。而這次成功的試飛花了 T’Kani Prime 行星上 22 年的時間。

事實上,相對論並不允許我們加速到 100% 光速,遑論超越光速。宇宙中只有沒有質量的粒子才能達到光速。如果我們是光,那麼對我們來說時間會停頓,我們可以在零時間內走完整個宇宙。

未來的巴斯光年更加利用這個結晶回到過去。實際上我們並不知道超越光速是否就能夠回到過去,因為超光速代表在相對論的公式中出現了所謂的「虛數」,沒有人明白它的物理意義是什麼。

看來,喵咪比人類更加懂物理呢!

飛向宇宙,浩瀚無垠!

然而,即使電影的物理計算有誤,那又何妨?我們是與《反斗奇兵》裡的安迪一同成長的世代,見證著安迪從第一集那位愛惜玩具的小朋友,到第三集完結時捨得把最心愛的玩具送給另一個小朋友,其實也是見證著自己的成長。

讓電影帶我們重回童年。圖/IMDb

這次 Pixar 把我們拉回到小時候,讓大人們再次變成當年的安迪,感受只有孩童能想像的那種天馬行空,重新感受一次巴斯光年,太空戰士,一飛沖天。

註解

  • 註 1:《反斗奇兵》(Toy Story)為港譯,在臺灣譯作《玩具總動員》。
  • 註 2:「太空戰士一飛沖天」為港譯,在臺灣譯作「飛向宇宙,浩瀚無垠!」
  • 註 3:《光年正傳》(Lightyear)為港譯,在臺灣譯作《巴斯光年》。
  • 註 4:「燈膽仔」在粵語中是燈泡的意思。
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余海峯 David
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天體物理學家。工作包括科研、教學和科學普及。德國馬克斯・普朗克地外物理研究所博士畢業。現任香港大學理學院助理講師。現為《立場科哲》科學顧問、《物理雙月刊》副總編輯及專欄作者、《泛科學》專欄作者。合著有《星海璇璣》。

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茫茫宇宙為何遇不見《異形》:找不到外星人是合理的嗎?──《科幻電影的預言與真實》
PanSci_96
・2018/07/23 ・4128字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 526 ・七年級

編按:七月選書《科幻電影的預言與真實》,由身兼作家與電視主持人的邁可‧布魯克斯與量子物理學博士兼記者瑞可‧艾德華斯兩位作者討論科幻電影裡的情節能否成真,揭密各種電影背後的科學秘辛,並且加入各種打諢插科的對話內容,對人類的命運展開各種科學想像、思辯與對話。

邁可:我有生之年看不到外星人,真是太崩潰了。
瑞克:嗯,也許這是件好事。我不知道人類接觸外星生命時是否能應對得宜。
邁可:好吧,想像你自己面對一個來自異世界,長得又怪又醜的生物。你會怎麼做?
瑞克:我不用想像啊。我和他一起做了很受歡迎的播客節目。

在《異形》裡,太空船諾斯托洛莫號上的船員,到了最後關頭才發現自己被地球的異形獵人設計了,機器人艾許也是他安插的棋子。他們──或至少大部分的他們,隨便啦──很衰,因為對外星人著迷的人通常沒什麼理智,尤其當你想到找到 ET 的機率有多低,就知道他們多不理智。

說真的啦,如果找到的外星人是這個樣子,那還真是相見不如不見?圖/電影《異形》劇照@imdb

目前為止,我們已經花了數十年尋找,而且一無所獲。真的讓人空歡喜一場。每當我們發現來自地球以外的不尋常東西,就會湧現一陣充滿希望的興奮與熱忱,想把我們觀察到任何現象都歸功於外星生命。但是我們總是會失望。大家都到哪裡去了?

為什麼直到現在都還沒看到外星生命?

1961 年,天文學家法蘭克.德瑞克(Frank Drake)提出一個方程式 ,試圖解答這個問題。方程式裡有七個參數,一旦你放入值,就會得出宇宙中可偵測到的外星文明預估數量,後來被稱為「德瑞克方程式」。一切都很好,只有一個問題—找出每個參數的值到底是多少。以下是這個方程式中的參數:

(1)新恆星出現的速率
(2)有行星系統(環繞恆星,運行在軌道上)的恆星比例
(3)每個太陽系中可居住行星的數量
(4)生命出現在可居住的行星上的機率
(5)發展出有智慧的生命的機率
(6)有可偵測技術的文明的比例
(7)文明能生存並向外送出訊號的時間長度

從德瑞克開始顯擺這個方程式以來,我們一直在嘗試得出這些參數的值。最近我們在第一項有了還不錯的成果。透過各種方法,我們現在發現了超過三千個外行星,讓天文學家可以做出更好的估計。

現在我們認為,和太陽類似的恆星中,百分之九十會有外行星,當中有百分之二十處於「可居住帶」,也就是應該存在能支撐生命—至少是我們所知的生命—的環境條件的地方。

至於其他參數,你差不多就只能用猜的(生命與智慧出現的機率原則上應該可以知道,但我們還不知道)。輸入最低、最悲觀的值之後,我們可以算出自己是銀河系裡唯一有智慧的文明,但在可觀察到的宇宙裡,可能還有一萬五千個有智慧的文明存在。如果用非常樂觀的值來算,那麼光是在我們的銀河系裡,就還有七萬個有智慧、可溝通的文明存在,整個宇宙中的數字則接近一百一十億。這代表有很多外星人欸。

我們對於發現其他世界這件事愈來愈上手。圖/方言文化出版社提供

宇宙存在這麼久了,其他「人」在哪裡呢?

另外要考慮的是,地球是在四十五億年前才形成的,有鑑於我們認為宇宙已存在一百三十八億年,那麼也可以合理假設,我們認為那些可居住的行星有很多都比地球古老。這意味著生命在那裡演化的時間,會比我們這個年輕行星久很多。這麼一來,如同蕭斯戴克所指出的,我們可以預期某些文明比我們的文明還要進步很多很多,可能有超級聰明的生化人生存其中。這暗示了,出於好奇心與獵取資源在內的種種理由,這些文明都會想辦法殖民其他行星。就算只是搭乘以我們所能想像的速度(比方說,光速的四分之一就好)飛行的太空船,勤勞的外星人大概也只需要四五百萬年,就能殖民一整個像我們這樣的銀河系,乍看好像很久,但以宇宙的角度來看,根本只是一眨眼的時間。所以我們要再問一次:他們到底在哪裡?

恩里科.費米在 1950 年問了這個問題,並且導致了費米悖論(Fermi Paradox)的出現。費米的重點其實在於星際旅行看似不可能,但卻被詮釋為懷疑外星智慧存在的理由。如果宇宙裡有很多外星人,那我們當然應該要看過一些證據吧?

有可能地球對外星文明來說地處郊區沒什麼值得注意的?圖/銀河便車指南劇照@imdb

也許有,也許沒有。關於為什麼超級進步的文明還沒向我們現身,有很多不同的解釋。可能是因為我們處於銀河系遙遠、荒蕪的「郊區」,所以在「都會區」的那些外星人沒什麼太大的興趣前來。也許他們曾經在數千、數百萬年前,甚至數十億年前來過地球,然後發現這堆爛泥裡沒什麼值得淘金的。也許超級智慧種族根本對殖民沒有興趣。又說不定,他們是那些愛家好男人,找到在自己的太空鄰里間過著烏托邦般的生活方法。也許他們生存在完美的虛擬實境裡,在銀河系裡閒晃對他們來說一點吸引力也沒有。也許他們進步到我們無法得知自己被他們觀察的程度,而他們遵守著「請勿碰觸」的觀賞原則,對他們來說,我們只是一個娛樂設施,一種珍品,或是一座動物園。更極端的版本是,這些外星人已經發展得遠超過我們的概念,我們根本無法理解他們。他們可能已經以某種方式居住於地球,但我們渾然不覺。

也許就像《星際效應》裡演的那樣,外星人住在第五維度裡,我們就是不知道怎麼接觸他們所在的現實。也許我們就像是住在十線道高速公路旁蟻丘裡的螞蟻──無論是高速公路還是蟻丘的構造都很了不起,但是兩者在規模與移動速度上的差異,意味著使用其中一個構造的有機體,會很容易滿足於現狀,而忽視另外一個構造。

也或者,他們只是還沒找到我們──也許我們應該對此心懷感激。一切都平靜無波,也許是因為宇宙裡有掠食性外星人,就像《異形》裡的那些外星人,而其他有智慧的文明都知道這一點,所以非常低調。換句話說,他們嚇得屁滾尿流,躲得好好的。這使得我們「朝空中發射訊號,派遣太空船離開我們的太陽系」的行動看起來有點蠢。

在這一點上,霍金已經承認自己是個膽小鬼。他擔心進步的外星種族「力量會比我們強大許多,也許會認為我們比細菌還沒價值」。那也是「也許」,不過壞消息是,一切都為時已晚了。我們已經播放電視、無線電和雷達好多年了,而這些傳輸內容都已經洩漏到太空裡了,現在才安靜下來已經沒什麼意義。

我們的許多電視訊號已經到達了其他星系。圖/方言文化出版社提供。

最後一個關於外星人缺席的解釋,當然是經典的《駭客任務》情境:我們活在虛擬世界裡,程式設計師根本不想沒事找事,寫什麼其他智慧生物的程式碼。也許他們發現那根本是浪費時間,而且看我們抓破腦袋也沒有頭緒也滿好玩的。

不過,萬一沒有任何外星人呢?這是非常恐怖的一個論點。也許就是,文明發展到某個技術成熟的階段時,最終必然會毀滅自己;也許是透過改造出無法控制的病毒,或是發展與部署毀滅整個星球的核子武器,或是創造出將整顆星球覆蓋二氧化碳的科技,繼而摧毀曾經讓自己繁榮發展的那些條件。

這也不是難以置信的,對吧?


同場加映:我們能以多快的速度旅行?

航海家一號是目前最快、不在軌道上的人造物體──它已經離開了我們的太陽系在星際空間裡航行,時速約六萬一千五百公里。聽起來很快,但航海家一號還得花上八萬年才能抵達距離我們最近的恆星:半人馬座比鄰星。如果我們要派一艘有人員乘坐的太空船進行這趟旅程,實際抵達那顆恆星的人會是船員的第兩千五百代子孫—兩千五百個世代,在零重力、輻射線大轟炸的環境裡繁衍。偷偷告訴你,到時候他們應該已經不算是人類了……

最令人期待的可能方法,應該是以某種推進束(beam propulsion)加速前進,太空船會有一面巨大、非常輕薄的帆,由在地球產生的集中能源束(雷射或是微波)提供動力。突破星擊計畫(Breakthrough Starshot)打算使用類似這樣的東西,派一艘無人奈米船進入宇宙,以百分之二十的光速前進。這個計畫希望派遣一個艦隊,「在一個世代內」,也就是短短二十年後,抵達半人馬座 α 星。一旦抵達,奈米太空船可望用它的迷你相機拍攝一些照片,然後貼在臉書上。外星人,快標記你自己!

風帆的設計顯然相當關鍵。一些哈佛的科學家已經在研究如何維持風帆的最佳角度以獲得推進束的能量,目前也得出了一個球面的構造。而且風帆會自我修正,如果太空船向左晃了晃,能源束自然會把它推回右邊。更重要的是,這些奈米太空船看起來會很像超大的迪斯可舞廳水晶球。唯一能肯定的是,外星人一定會知道我們是好玩的生物。


同場加映:我們被綁架了嗎?

沒有。

一個很有名,但非常沒有根據的 1992 年民意調查顯示,有三百七十萬名美國人相信自己曾經被外星人綁架過。冷靜下來,美國人!

相信自己被外星人綁架的心理學非常有意思。首先,這些據稱被綁架者的回憶,通常都是在催眠狀態下製造出來的。催眠不是擷取「隱藏記憶」的可靠方法—事實上,目前已經顯示受催眠者非常容易就被誘發出假記憶,容易受到暗示的人更是如此。再者,許多被綁架者都表現出「假記憶症候群」,他們在記憶測試中,傾向想到自己沒有看過的字詞或物品。

睡眠癱瘓據信也在他們的故事中扮演一個重要部分。有這種症狀的人,在入睡或醒來時經歷會暫時的癱瘓。這算是個已經獲得了解的現象,我們知道這些人醒來時,他們嚇壞了的腦袋有時候會創造出閃光、滋滋聲、漂浮感,以及人物存在(哈囉,外星人)。在此澄清,這些都只是幻覺。大部分有這種問題的人,都把這些效果視為夢境的一部分;剩下的人就把它們解釋為外星人胡搞的證據。這樣的經驗主觀上是非常真實的,但是客觀上……呃,就是胡說八道。

研究顯示,很多回報綁架的人都會主動擁抱「外星人綁架受害者」的身分。他們似乎認為這具有某種安慰效果,在心理上對他們有所幫助。就像是在一個恐怖的俱樂部裡找到歸屬感。

 

 

本文選自泛科學 2018 年 7 月選書《科幻電影的 預言與真實:人類命運的科學想像、思辯與對話》,方言文化出版社。

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