科学与超级英雄的世界竟如此合拍
卡卡里奥斯
赛先生
2018-05-18 19:15:33
写在前面
本周《赛先生》特辑主题词
——
超级英雄。
《复仇者联盟
3
》火热上映，影迷在超级英雄们的世界里过足了
“
超能力
”
的瘾。虚拟的电影世界之外，川航飞行员临危不乱，在
驾驶舱挡风玻璃破裂脱落的紧急关头，完成
“
史诗级
”
备降，避免了灾难的发生，该航班当班机长被称为现实世界中的
“
超级英雄
”
。
我们的生活大多数时候都是平静而安稳的，不会像我们痴迷的超级英雄生活的漫画世界那样激动人心。但正如著名理论物理学家劳伦斯
·
克劳斯在《魔鬼物理学
3
》的推荐序中所言：
“
事实上，在过去的
400
年里，科学向我们揭示了大自然的种种神奇，了解这些科学知识其实是充满乐趣和激动人心的事情。真相远比小说更不可思议，哪怕是漫画小说。找出真相的过程更是妙趣横生。
”
在本周的
“
超级英雄
”
特辑中，赛先生将带领读者完成一场穿越之旅，通过对超级英雄漫画的科学解读，一起体验科学的乐趣，让闪电侠告诉我们狭义相对论到底是怎么回事（今日推送
2
条），最后，我们聊聊与超级英雄漫画有关的科学时代背景（今日推送
3
条）。你会发现，其实我们每一个人，都拥有着
“
超能力
”
。
理解游戏规则，充分发挥想象力
漫画作品和物理学很合拍，这并不奇怪，毕竟我们从科学中得到的乐趣和从超级英雄漫画中得到的乐趣并没有什么不同。原因在于，科学家或漫画迷都要把一系列的规则应用于新鲜、有趣的问题。这些规则可能是麦克斯韦方程组，也可能是薛定谔方程，而新鲜、有趣的问题则可能是研发出用来代替真空管的半导体。
或者，这些规则可能是超级英雄高速奔跑，他的身体周围的光晕可以保护他免受空气阻力和电磁感应的负面影响，而新鲜、有趣的问题则是，他要抓住那个拿着冰冻射线枪的恶棍，找回银行失窃的现金，且不能伤及无辜。
在这两种情况下，关键之处就在于找到一种以新的方式应用已知规则的方法（如果既有的解决方案还能用，就直接拿
来用），还要确保这种方法在现有规则下是切实可行的。如果我们想设计一种晶体管设备，其正常运行的前提条件是电子一分为二，或者在没有正电荷的情况下电子相互吸引，那么这种构想就是不切实际的，因为根据我们的观察，负电荷不具备这种特性。同样地，如果闪电侠在漫画里用从眼睛里射出的热视线击败冰冻队长，也会让人觉得很奇怪，因为闪电侠没有这种超能力。
基础科学的研究目标是阐明自然界的基本规律，最高成就则是发现一种新的规律或原理，或者证明某个既有规则存在反例，因为我们常常会在发现旧规则不再适用时，发现新的知识或规则。同样，有时候，某些存在时间较长的漫画人物会突然获得前所未有的超能力，比如在《神奇四侠》第
22
期里，神奇四侠中的苏
·
斯通发现宇宙射线赋予了她隐身能力，她还可以制造出
“
隐形力场
”
（作者注
1
）。有了这个新的超能力之后，苏
·
斯通和她的队友之间的关系发生了根本性改变，后来她又获得了制造防御力场和攻击力场的能力。
这种情况无论在漫画里还是在现实世界中都相当罕见。然而，在物理学领域，新鲜、有趣的问题是无穷无尽的，正如漫画里引人入胜的故事总是源源不断、层出不穷。
科学和漫画具有两个相同的核心特点：理解游戏的基本规则，具备丰富的想象力。
今天的科技，放在以前就是
“
魔法
魔法
”
科学家在选择研究课题的时候通常不会参考漫画书（如果研究计划里充斥着超级英雄，资助机构恐怕会频频摇头），但是，在最优秀的科学研究和最精彩的漫画故事中，像
“
如果
……
会怎样
”
或
“
将会发生什么
……”
这样的怀疑精神都是必不可少的。
当然，漫画和科幻小说有些时候也能预测到未来的科学发现。而有时，科学则需要费些时间才能赶上漫画的脚步。举个例子，《闪电侠》漫画中的反派魔术师阿伯拉
·
卡达波拉自始至终都让闪电侠头痛不已。他穿着舞台表演的晚礼服，戴着礼帽，对闪电侠施展
“
魔法
”
，比如把闪电侠变成人形木偶。然而，故事告诉我们，阿伯拉
·
卡达波拉是一位来自遥远未来的科学家，他在
20
世纪使用的
“
魔法
”
实际上是
64
世纪的科学技术。（作者注
2
）
《闪电侠》漫画的创作者显然认为，我们今天的科学技术放在很久以前就是
“
魔法
”
。你可以想象一下，如果你穿越到
1000
年前，拿出几种现在常见的家用电器（假设你还随身带着电源），你将看到那时的人们做出什么样的反应。
在白银时代的漫画故事中，对于
64
世纪的科学技术是如何把人变成人形木偶的，创作者故意闪烁其词。直到
20
世纪
90
年代末才给出了解释，卡达波拉告诉我们，他运用纳米技术从分子层面重构了闪电侠，这再次表明一个邪恶的科学家会造成什么样的麻烦。当然，纳米级大小的机器人不能把人变成木偶，但只要不违背既有的物理学原理，几千年后会发生什么，又有谁能说得清呢？
公平地讲，推理小说对于未来的预测有时候在一些技术细节方面确实是正确的，但也漏掉了其他许多推动社会变革的革命。我们以
1965
年的电视剧《迷失太空》（
Lost in Space
）为例。这部广受欢迎的电视剧讲述的是鲁滨逊一家的星际之旅，和他们一起的还有一个智能机器人和一个邪恶而软弱的偷渡客
——
扎卡里
·
史密斯博士。该剧于
1965
年
9
月
15
日首次播出，故事发生在遥远的未来，也就是
1997
年
10
月。正如
1997
年《纽约时报》上的一篇文章（主要报道了这部剧的重播消息）所说，《迷失太空》的制作人和编剧以为
30
年后我们就会拥有宇宙飞船和机器人，这显然是不对的，但他们对于
20
世纪
90
年代末的生活方式的预测却错得更加离谱。
在宇宙飞船准备起飞的阶段，往往会出现这样一个场景：在地面指挥中心，一群穿着白色短袖衬衫的工程师坐在计算机显示器前，每个工程师的手肘旁都有一个小小的金属盘，这在今天的美国国家航空航天局根本不可能看到。
1965
年的那些科幻作家万万没想到，
30
年后，地面指挥中心是完全无烟的环境，不可能有烟灰缸。所以，与预测未来的社会习惯相比，预测未来的科技创新实在是小菜一碟。（作者注
3
）
智慧，让我们可以成为
“
超人
超人
”
要说对自然界的研究证明了什么的话，那就是我们越聪明，就会越强大（跟绿巨人可不一样）。既然你已经读完了本书（编者注，本书指《超级英雄故事里的物理学》），你也许会觉得自己变强大了，就算身体方面没什么变化，至少头脑应该不同了，这种强大才是真正的强大。
智慧给人类带来了竞争优势，使我们成为地球上的优势物种。我们无法像美洲豹一样风驰电掣，也无法像鹰一样在天空翱翔；我们不如熊强壮，也不如蟑螂的生命力顽强。我们的智慧就是我们的超能力，如果你愿意好好利用它的话。正如量子力学先驱玻尔所说：
“
知识本身就是文明的基础。
”
漫画中的冒险之旅与科学研究秉持同样的乐观精神，二者都认为，我们能够战胜自然界中的种种挑战，让这个世界变得更美好。我们应该如何利用这些科学知识，是用来缓解饥荒、治疗疾病，还是用来制造智能机器人，都取决于我们自己。要想知道如何正确恰当地运用知识，我们可以在漫画故事中找到答案。在《惊奇幻想》第
15
期中，蜘蛛侠初次登场，这个故事的结尾说：
“
能力越大，责任越大。
”
时至今日，这个道理仍然正确。但责任到底是什么呢？在《超人》第
156
期
“
超人的告别
”
里，我们或许可以找到答案。超人认为自己即将死于
X
型病毒感染（还好这不是真的），他用热视线在月球上刻下了一段留给地球人的遗言，希望在他死后有人会发现这段话：
“
善待他人，每个人都可以成为超人！
”
加油吧，读者们！