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Dec. 17 2015

星際大戰啟發的真實科學

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  • 星際大戰啟發的真實科學

從黑武士(達斯維達)的呼吸到塔圖因星球的雙日落,讓我們來看看電影星際大戰啟發的真實科學研究。

現實世界的分析顯示,死星有比排熱口更糟糕的瑕疵。材料科學家同時也指出,死星的「雷射」應該是以反物質製造——但容納反物質所需要的磁場,只怕會強到離譜。PHOTOGRAPH BY AF ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO

 

就在星際大戰傳奇的最新續集《星際大戰:原力覺醒》準備把我們帶回那個遙遠的銀河系之際,只怕鮮少有人會有比受到這系列電影啟發的科學家和工程師們更興奮的了。

 

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「我認為有很多科學家都會說,這些電影給了[他們]『說不定這是做得到的』那樣的心態,」伊莉莎白‧霍姆(Elizabeth Holm)說,她是卡內基美隆大學的材料科學家。「他們讓我能跳脫潮流思考──跳脫『當前』、朝向未來思考。」

 

進而,科學家把目光轉向電影創造出來的那個宇宙,幾乎用上了所有科學學科來分析《星際大戰》,從電漿物理到心理學,還有介於這兩者之間的各種學科。這不只是心甘情願的工作,還是整個星系最棒的教學工具。

 

「如果你能擷取[一部電影]的某些部份、找到裡面的正統科學,就會出現這樣的轉折──這種『啊-哈!』的領悟。」明尼蘇達大學的物理學家吉姆‧卡卡里歐斯(Jim Kakalios)說。他大力支持流行文化-知識科學的交流。「這是一種接觸的方式。」

 

趕在最新一集電影上映之際,讓我們一起來看看《星際大戰》偷偷滲入科學論文領域的幾種最棒、最新、也最令人料想不到的方式——成為教學資源、靈感來源,甚至還能透過很久很久以前發生的事件、給遙遠的銀河系裡的那些角色一點忠告。

 

如何炸毀死星

死星讓經濟學家與政策分析師驚嘆不已,因為他們發現死星在整個銀河範圍裡根本就是個浪費公帑的計劃;而銀河帝國這項「終極武器」的複雜程度與毀滅威力,同樣也暗地裡蠱惑著科學家和工程師。

 

「你想學生會喜歡什麼?方程式、還是『帝國進行曲』電影配樂?」蘇格蘭赫瑞瓦特大學的土木工程學教授蓋伊‧沃克(Guy Walker)說。

 

沃克把現實世界的技術運用在惡名昭彰、很容易爆炸的死星上,當作自己土木工程學生分析大型工程計畫缺陷的案例。從官方技術手冊取得死星的設計圖之後,沃克和同事給了自己相當於四天的時間——也就是反抗軍持有死星設計圖的時間——來測試兩種不同的缺陷尋找技巧。

魁剛‧金(左)因為年幼的安納金‧天行者身上有高濃度的迷地原蟲而驚訝不已。迷地原蟲是對原力非常敏感、類似粒線體的胞器。2006年,有一項研究發現了寄生在動物細胞粒線體上的細菌,科學家將這個新屬命名為迷地原蟲屬(Midichloria),以紀念《星際大戰》。PHOTOGRAPH BY PHOTOS 12/ALAMY STOCK PHOTO

 

其中一個方法自1970年代流傳至今,和這部電影還挺搭的。這個方法要把每一個系統構成要素的瑕疵都詳細表列,一直到最後那個超級雷射分支光束。另一種則比較現代,要把太空站想像成比較抽象的分支網絡,特別連結或位置關鍵的樞紐,就會被視為弱點。

 

這兩種分析將刊載於《人體工學理論問題》期刊,提供了憂喜參半的結果。1970年代的技術不只找不到電影所利用的漏洞——不比巨鼠大多少的排熱口——而且還需要相當於10天的時間才能完成,花了太長時間,根本來不及拯救電影中的反抗軍基地亞汶四號衛星

 

然而,比較現代的分析法則能迅速找出排熱口和其他弱點,包括固定得很差的死星人工重力系統,以及缺乏防禦生物戰的能力。

 

那麼,根據這項研究,反抗軍的最佳行動應該為何?「你可以讓R2-D2登入帝國的網路,上傳電腦病毒,」沃克說,「不過這樣接下來就會變成《ID4:星際終結者》了──那可是遠遠不如《星際大戰》啊。」

 

在遙遠的銀河系的醫療保健

而從迷地原蟲光劍刺傷,《星際大戰》裡充滿了醫學意像。

DEKA研究中心一直在努力研發一款先進的仿生義肢,暱稱為「路克手臂」,以路克‧天行者在《帝國大反擊》中得到的義肢為名。2015年7月,美國國防部先進研究計畫機構(Defense Advanced Research Projects Agency,簡稱DARPA)給了DEKA 700萬美金,希望這款獲得美國食品與藥品管理局認證的義肢也能夠擁有觸覺。PHOTOGRAPH BY JOHN B. CARNETT, GETTY

天行者們都特別受到放大檢視:路克有先進非凡的機械手臂,而他父親安納金,則可以說是有整部電影裡最經典的呼吸疾病。

 

羅南‧伯格(Ronan Berg)和羅尼‧普洛夫辛(Ronni Plovsing),是丹麥哥本哈根大學醫學院附設醫院的醫師,他們利用西斯領主特殊的呼吸聲來指導醫學院學生如何診斷呼吸疾病,因為達斯維達似乎具有所有的呼吸疾病。

 

他們的研究已經通過同儕審查,文章中一幕一幕地分析達斯維達的呼吸習慣,將他的肺部問題歸因於在穆斯塔法星上吸入了炙熱的氣體與火山粒子,也就是他在《西斯大帝的復仇》片中最高潮的那段決鬥裡輸給歐比王‧肯諾比的地方。滾燙的氣體造成他的肺部慢性發炎,傷疤導致組織增厚、硬化。

 

根據伯格的研究,這些發現指出,黑武士的服裝是非典型的可穿戴式加壓高壓氧艙,用於把空氣打入他的肺。但就算這套服裝似乎對達斯維達的皮膚燙傷也有幫助,但卻不受伯格青睞。「我治療的第一選擇會是肺臟移植,」他說,尤其在極權主義的帝國裡,器官捐贈應該很容易才對。

 

「要幫第二指揮官找一副可用的肺臟,應該沒那麼難吧。」他又補了一句。

 

根據兩位丹麥醫師的研究,達斯維達的經典裝束是可穿戴的高壓氧艙,能協助他嚴重受傷的肺部。這套裝束似乎也有助於控制達斯維達的感染風險,因為他的皮膚嚴重燒傷。PHOTOGRAPH BY AF ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO

探索達斯維達的大腦

 

不過,星際大戰宇宙的疾病也不只是局限於身體而已。近年來,精神病學家把注意力轉向星際大戰裡的角色,以便對醫學院學生和廣泛大眾解釋經典的精神病。

 

「這些是大家都可以聯想的原型人物,」萊恩‧C.W. 霍爾(Ryan C.W. Hall)說。他是中佛羅里達醫學院的鑑識精神病學家。「每個人都有苦處,也會遭遇困境。我們希望自己能夠表現得和這些角色一樣好──能夠爬起來、克服困難。」

 

這份精神病學文獻十分精彩,尤其是在探討安納金‧天行者的部分,也就是那位可悲地轉投黑暗勢力、最後成為達斯維達的絕地武士。

 

由精神病學家艾瑞克‧布伊(Eric Bui)領軍的法國團隊,在2011年寫了一封信給《精神病學研究》期刊的編輯,宣稱安納金‧天行者展現出邊緣型人格疾患,這是一種嚴重的精神疾病,典型症狀包括社交互動困難、行為衝動、以及情緒不穩定。

有好幾份精神病學研究都嘗試了解安納金‧天行者,他原本是野心勃勃的絕地武士,後來卻悲哀地變成了達斯維達。對於能否診斷他罹患了邊緣型人格疾患,還是有很多爭議。而這項疾病也影響了約300萬美國居民。PHOTOGRAPH BY SCREENPROD/PHOTONONSTOP/ALAMY STOCK PHOTO

 

如果這項診斷成立──目前還有爭議──那麼天行者在我輩凡人裡可一點都不獨特。根據美國國家心理健康研究院(National Institute Of Mental Health)的估計,美國約有超過300萬成年人都被診斷有這項疾病。

 

不過布伊指出,「就算不是不可能,你也很難去正確診斷一個電影角色。我們這項工作的重點,在於提供一個可能有助於醫學教育的案例。」

 

「正如歐比王所言,」他又說,「只有西斯領主[才會]沉溺在絕對裡。」

 

《星際大戰》片中諸君的心理狀態

達斯維達不是唯一一個被拿來放在顯微鏡底下檢視的星際大戰反派角色。今年稍早,霍爾和奧克蘭大學的蘇珊‧哈特斯‧傅萊德曼(Susan Hatters Friedman),發表了三篇勢如破竹的報告,分析了《星際大戰》中為數眾多的英雄壞蛋配角

 

比方說,賈霸似乎展現出臨床上的精神病跡象。滑頭的藍多‧卡里森則可能有賭癮。而原創三部曲中和藹憂傷的歐比王‧肯諾比,則有助於描繪出年長者難以捉摸的憂鬱症徵兆。

2015年一份關於星際大戰反派角色的精神病研究發現,銀河帝國皇帝白卜庭的心理絕對健康--剛好強調了邪惡和精神疾病並不相關。事實上,患有精神疾病的人比較常是暴力犯罪的受害者,而非加害者。PHOTOGRAPH BY THE RONALD GRANT ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO

不過霍爾也強調,《星際大戰》教學法的價值,同樣也來自那些完全診斷不出病症的人。傅萊德曼和霍爾發現白卜庭皇帝--那個殘忍、冷酷、統治整個銀河帝國的西斯大帝--心理十分健康,造成宇宙的危害是他的自由選擇。

 

霍爾說,白卜庭這個例子很重要,因為「當你看到糟糕的事情發生,有時我們很容易就會想把所有問題都歸因於精神疾病。但患有精神疾病的人其實比較可能是暴力犯罪的受害者,而非犯下這些罪行的人。」

 

在一份比較輕鬆些的註記上,這個團隊也簡短地診斷了前傳中笨手笨腳的剛耿人恰恰冰克斯,認為他患有注意力不足過動症(ADHD)--而不是現在很流行的「達斯恰恰」粉絲理論所描繪的那種有控制傾向的人,因為這個理論認定恰恰冰克斯惡意使用原力,和白卜庭是共謀。

 

霍爾認為恰恰冰克斯不太可能一直都在演戲,而且,如果恰恰冰克斯是和白卜庭同路的西斯人,又是他的另一個徒弟,「那就違反了『兩人原則』。」

 

尋找真正的塔圖因

《星際大戰》以天行者路克困在塔圖因星球揭開序幕。那是個貧瘠的沙漠行星,充斥著流氓和下三濫的勾當。但即使是這個孤絕的偏遠地方,也有預料之外的美景,那就是不可思議的異星雙日落。

 

塔圖因是異數,名為環雙星運轉行星(circumbinary planet),而天文學家正努力在現實世界中尋找類似的星球。

2011年,NASA的克卜勒太空望遠鏡發現了克卜勒-16b,這是人類發現的第一顆同時環繞兩顆恆星運轉的行星。不過,克卜勒-16b並不像《星際大戰》中的塔圖因那樣炙熱乾旱,反而是顆冰冷的氣態行星。ILLUSTRATION BY NASA/JPL-CALTECH/T. PYLE

 

研究學者之所以會覺得雙星系統迷人,是因為那種混亂的重力環境,會讓微粒或星際塵埃更不容易結合成行星。

 

不過雙星系統也出奇地常見--根據田納西州立大學的天文學家馬修‧穆特史巴(Matthew Muterspaugh)的說法,能從地球上看到的恆星裡,約有半數都是。所以確定雙星系統的行星數量,對天文學家猜測是否有地外生命,是至關重要的。

 

在2000年代中期,穆特史巴和波蘭科學院的馬切伊‧科納基(Maciej Konacki)主持了有史以來最大的環雙星運轉行星尋找行動,穆特史巴開玩笑地把這項行動命名為「非單一恆星環境中的外行星觀察任務」,全名為The Attempt To Observe Outer-planets In Non-single-stellar Environments,縮寫就是TATOOINE, 「塔圖因」。

 

科納基描述這個縮寫詞「幾乎就跟計畫本身一樣精彩」。這項計畫掃描一對對雙星的光譜,尋找繞行的行星所造成、能洩漏行蹤的不穩定現象。

生化學家劉慶華(音譯)把他協助發現的兩種蛋白質命名為R2D2和C3PO,以紀念照片中塔圖因地表上的這對經典機器人搭檔。這兩種蛋白質就像它們在銀幕上的雙生兄弟一樣,是絕佳的小幫手,負責協助核糖核酸干擾(RNA interference)--這是一種細胞調節機制,會利用部分RNA來標記破壞用的蛋白質製造模板。PHOTOGRAPH BY THE RONALD GRANT ARCHIVE/ALAMY STOCK PHOTO

這個刻意設計的聰明名稱似乎獲得了喬治‧盧卡斯本人的讚賞,穆特史巴甚至受邀去「天行者農場」參加了一趟VIP之旅,那是盧卡斯影業公司景色優美的總部。「超讚的。」他說。

 

雖然最早的塔圖因研究結果並沒有確認任何行星,但由克卜勒太空望遠鏡所進行的另一項地外行星搜尋計畫,卻已經確認了這類環雙星運轉行星的存在。而科納基也在另一項名為「索拉里斯」(Solaris)的地面望遠鏡網絡計畫中,繼續搜尋環雙星運轉行星。這項計畫則是以一本經典的波蘭科幻小說命名。

 

這些天文學家猜想,宇宙裡有的是比天行者不毛的家鄉星球更奇特瑰麗的世界--他們懷抱著一股好奇,就像前前後後那許多很了解《星際大戰》的科學家一樣。

 

「這個宇宙比《星際大戰》更有趣,」科納基說。「有比電影製片的想像中更誇張、更驚人的事物。」

 

撰文:Michael Greshko, National Geographic

編譯:鍾慧元

Twitter上關注作者Michael Greshko。

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