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科幻小说中的科学

  • 定价: ¥68
  • ISBN:9787111649397
  • 开 本:32开 平装
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  • 出版社:机械工业
  • 页数:268页
  • 作者:(美)戴维·西格尔...
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  • 2020-05-01 第1版
  • 2020-05-01 第1次印刷
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导语

  

    当一次写故事比赛和一个寒冷的夏天成为一切白日梦的起点。
    用科学赋予这些白日梦真实轮廓。
    打破《神秘博士》《星际迷航》中的幻想界限。
    以科学的名义去触碰一切不可能。
    本书献给每个人身体里都有的一种科学怪咖特质。
    幻想非常重要,但科幻并不是魔法预言,它是在科学基础上进行的幻想。

内容提要

  

    在人类历史上,故事一直有着能够激励我们的力量。到了今天,科幻小说则能够激发出一些足以改变世界的重大突破。本书旨在帮助你理解一些日渐流行的科学话题以及这些话题是如何在科幻小说中被运用的。这本书不仅写给那些科幻小说迷,还写给那些富有好奇心的人——那些希望更多了解自然界以及我们所处宇宙的人。

目录

译者序
引言
第1章  时空往事
  爱因斯坦眼中的引力
  质量即是能量,有时还会挖洞
  无人目睹……至少现在还是
  两种穿越时空的可能路径
  结束语
  第1章彩蛋
第2章  遇事不决,量子力学
  什么是量子跃迁?
  那个特别的时刻……你自然会知道的
  真正的科学与科幻小说
  烧脑的量子小知识
  结束语
  第2章彩蛋
插曲一  初识原子理论
  四大基本作用力
  什么是原子?
  最早的原子到底有多早?
  反物质是怎么回事?
  更深入的研究
  插曲一彩蛋
第3章  拨动弦,我们因而存在
  额外维度
  迎接竞争
  量子化空间能解决悖论并惩治恶人吗?
  结束语
  仅供参考
第4章  我们的宇宙(相对于其他的那些)
  宇宙到底有多大?
  可观测的宇宙与真实的宇宙之间有哪些不同?
  星际距离是怎样计算出来的?
  在最开始(或者说在某一个开始)……
  是什么导致了大爆炸?
  接下来会发生什么?
  什么是引力波?
  引力波是否被探测到过?
  一些关于我们宇宙(就目前所知)的常识
  我们的太阳系,太阳的家,我们的太阳
  结束语
  第4章彩蛋
第5章  平行世界
  数学上的平行世界
  距离上的平行世界
  分支上的平行世界
  M理论(膜理论)
  论我们的世界就是完美世界
  结束语
第6章  文明的能源供给
  文明的分级
  有量子能量源吗?
  有证明虚粒子存在的证据吗?
  科幻小说里的虚粒子和零点能
  结束语
  第6章彩蛋
第7章  黑洞吞噬
  黑洞是如何产生的?
  为什么逃逸速度很重要?
  黑洞和意大利面有什么关系?
  黑洞会永远存在吗?
  如何探测黑洞?
  虫洞(再次讨论)
  黑洞能用于时间旅行吗?
  结束语
  第7章彩蛋
第8章  地球生命的起源与进化
  人类的故事
  化石早已过时(字面意义上来说)
  哇!慢下来才真实哦
  地球上的生物是怎么来的?
  什么是DNA?
  结束语
  第8章彩蛋
插曲二  接近还是背离人类
第9章  神奇生物学
  基因工程和进化
  基因修饰是怎样实现的?
  科幻小说怎样看待基因修饰的伦理问题?
  说起永生,这可能吗?
  更长的生命是否值得追求?
  觉得一个自己还不够?找克隆人
  僵尸末日基因论
  细菌和病毒救兵
  结束语
  第9章彩蛋
第10章  欢迎来到科技的世界
  虚构作品中的知名半机械人
  超人类大脑
  有时你需要往小里看
  最后,后人类时代
  进入赛博空间(每个人都在这么做)
  结束语
  第10章彩蛋
第11章  人与自然
  气候或天气可以预测吗?
  什么是温室效应?
  住在玻璃房子里的人不应该随意排放碳
  如何计算地球的平均温度?
  全球变暖有证据吗?
  为防止全球变暖,人们正在做些什么?
  让我们看到(一点点)光明
  影响天气的其他人类活动有哪些?
  科幻小说是否帮助了我们预警全球变暖?
  结束语
  第11章彩蛋
第12章  动身时刻(B计划)
  殖民者需要的基本条件是什么?
  附加资料:小行星有利用价值吗?
  以宇宙的视野在附近寻找度假房
  寻觅宇宙中:什么是系外行星,如何找到它?
  侵略还是不侵略?
  结束语
  第12章彩蛋
第13章  自然智能和人工智能
  涌现性和我的思想有什么关联呢?
  神经元是如何产生意识的呢?
  认知在智能里又起着什么样的作用呢?
  什么是智能?
  创造力(就是你的神经元做着玩的游戏)的重要性
  人工智能的崛起
  要不要测试一下(人工智能)呢?
  什么是技术奇点?
  后奇点时代的道德困境
  回到起点
  结束语
  第13章彩蛋
第14章  机器人的崛起
  一切都从一个词和几根线开始
  机器人进化
  服务和遵从
  我们日常生活中的机器人(作为服务人员)
  伦理问题
  结束语
  第14章彩蛋
第15章  我们是孤独的吗?是否存在外星智慧文明?
  别介意与它们会面。可是,它们存在吗?
  那么,为什么我们还没有收到外星人的任何消息?
  也许类地行星是罕见的
  想过外星生物长什么样子吗?
  结束语
  第15章彩蛋
第16章  超远距离对话:星际沟通
  理论上的长途电话
  结束语
第17章  穿越万难,方见星空:一条通往星空的艰险之路
  留在本地:大气层旅行
  漫长的旅途:太空旅行
  化学火箭
  太阳帆
  核推进
  离子发动机
  反物质发动机
  电磁发动机
  曲率引擎
  重力和太空旅行者
  如果科幻小说(冒险小说)里用上了人造重力,那么为什么……
  一个有望成真的故事:应用
  结束语
插曲三  本质问题
  那么,什么是质量?
  为什么我们有质量?
  什么使暗物质和暗能量如此暗?
  是否有暗物质的证据?
  有些物质喜欢在出门之前先换个装
第18章  为什么我们这么“有料”?
  材料工程是什么?
  现在有新材料正在研发吗?
  说起运动员,这里有几个很酷的例子
  这和元素息息相关
  什么是超导体?
  有没有办法解决超导体的低温问题?
  碳元素材料
  有没有什么材料可以捕获光线?
  见非所见
  结束语
第19章  科技酷玩
  激光
  科幻小说里流行的光能武器名
  3D打印
  来说说3D打印机技术套餐
  工具虽好,但是3D打印技术是否会引发道德问题?
  可穿戴技术
  相机技术
  电脑识别
  用意识控制机器
  结束语
第20章  存在的基础是什么?
  我们对现实的认知有什么意义?
  什么是增强现实?
  什么是虚拟现实?
  虚拟现实科学起源于何时?
  除了军事和娱乐用途外,虚拟现实还有其他实际用处吗?
  虚假记忆算是虚拟现实吗?
  那么擦除记忆呢?
  全息现实
  让我们深入了解一些科幻小说
  全息原理和黑洞
  结束语
第21章  万物之终
  说起终结(一个作者的自白)
  个体的终结
  人类的终结
  恐怖的太空碎片
  有谁在监测这些石块和冰疙瘩吗?
  如果那些大型近地天体瞄准地球,我们能阻止它们吗?
  太阳与地球:当不再有光时,这段关系走向终点
  为什么未来只存在超巨型星系?
  我们赶上了好时候(来预测宇宙的终结)
  热力学是我们的终结,不过首先要学学热力学定律
  熵如何解释时间的方向?
  一切万物如何终结
  当所有太阳都关了灯
  在这个宇宙之后的生命
  结束语
术语表

前言

  

    所有事情开始时,都只是某人的白日梦。
    ——拉里·尼文,一个有着伟大梦想的科幻小说作家。
    科学可以是许多东西,纳迪娅想,也可以是用来打击其他科学家的一种武器。
    ——金·斯坦利·罗宾逊,《红火星》
    你是否梦想过乘坐比光速还快的曲率引擎星际飞船,在各个星球之间旅行?你是否梦想过与来自其他维度的外星人战斗,或是穿越到某个平行宇宙中,战胜另一个邪恶的自己,拯救那里的公主或王子?或者会不会有这么一个世界,在那里性别是可变的,根本没法从生理上区分公主和王子?
    我猜,如果你正在读这本书,那么你肯定有过这样的梦想。也许其中一些梦想看起来有些出格,但好消息是,从今天的科技水平来推断,所有这些梦想在科学上都有实现的可能。
    在人类历史上,故事一直有着能够激励我们的力量。而到了今天,科幻小说则能够激发出一些足以改变世界的重大突破。企业界使用的“机器人”(robot)和“安卓”(android)等词语,都是先通过小说而流行起来的。“科学、技术、工程、数学”(英文简称STEM)领域的专家经常说,他们最初的灵感就是来源于他们年轻时读过的故事的激励。
    本书旨在帮助你理解一些日渐流行的科学话题以及这些话题是如何在科幻小说中被运用的(有些时候则是被误用了)。这本书不仅写给那些想进一步了解科幻小说中的科学原理的科幻小说迷,还写给那些富有好奇心的人——那些希望更多了解自然界以及我们所处宇宙的人。这本书写给每个人心中都有的那个科学极客。
    在每一章中,你都会产生一些疑问,因为许多新发现都带来了科学家此前从未想过的问题。对这个世界的好奇心驱使着小说作者和电影制作者去探索充满可能性的世界。此外,科学本身不就是关于提问的吗?另外需要注意的一点是,本书中包含一些剧透。不过我只有在不得已的时候才会剧透,因为必须剧透一点才能完整地解释小说中的某个科学知识点。
    科幻小说是关于变化的,是关于将要出现的世界的。科幻小说里所描述的,可能是一个解决了各种问题的充满希望的世界,也可能是一个存在问题的危险世界,或是一个面临着某种生死存亡的威胁的世界,这种威胁可能是剧烈的气候变化,或是小行星毁灭性的撞击(关于最后这两个话题,第11章和第21章可能会带给你一点焦虑感)。
    安迪·威尔所著小说《火星救援》中的主角,勇敢刚毅的多面手工程师和农学家马克·沃特尼的一句话:“当无数艰难险阻横亘于前,人类总能以科学之剑杀出一条血路。”这本书中就充满了这样的例子。
    但如果变化是不可能的、没希望的,甚至是不可想象的呢?以今天的标准,很难想象曾经在某些时代,要是有人认为未来在社会、技术或政治等方面将与现在不同,那这人的想法可谓古怪又离奇。然而这并不是幻想,而是真实的人类历史。
    曾经有过那么一段时期,我们的先人所观察到的事物并不会发生很大的变化。在科学水平还很有限的时代里,人们无法想象出全然不同的未来。很多小说会擦点边,包括奇幻小说中关于魔法的幻想,但是关于技术变革带来完全不同未来的故事就寥寥无几了。在那个时候,人们一般都不会远离家乡的小镇或村庄。大多数时候,人们每天都在做着和父母或祖父母一样的日常工作,而且连完成工作的方式都一样。
    到了工业革命时期,各种新兴起的技术和社会规范都与上一个世纪有了极大不同。从此以后,同一代人们的生活方式会出现巨大的变化,这样的情况变得稀松平常。在这个新的时代,普通人的普通看法就是未来将会不同。但是在哪些方面不同呢?
    让我们欢迎科幻小说登场。这种小说类型得以产生,某种程度上还得感谢1815年的坦博拉火山爆发。这次火山爆发导致了1816年的火山严冬,那一年被称作“无夏天之年”,而正是那一年的经历,让某人想要找到一种方法来描述一个迥异的未来。
    在那个寒冷的夏天里,有一天,玛丽·沃斯通克拉夫特·戈德温、珀西·比希·雪莱、拜伦勋爵、约翰·威廉·波利多里博士,还有克莱尔·克莱尔蒙特几个人聚集在瑞士的一个别墅里。由于外面太冷了,几个朋友决定比赛写灵异故事。
    玛丽搜肠刮肚地想着点子。一天晚上,在他们围坐着谈论生命本质的时候,她灵光一现,有了一个极好的创意。就在那天晚上,弗兰肯斯坦这个怪物诞生了。之后,玛丽·雪莱在1818年完成了她的小说《弗兰肯斯坦,或当代普罗米修斯》。这可能是史上第一本科幻小说。
    ……
    在第2章,我们会了解到大小确实很重要,至少对量子力学来说是如此。我们将讨论非常小的东西,小到亚原子尺度,从中发现为什么我们这个宇宙中总是存在不确定性。这是物理学抛弃决定论的地方。在微小的尺度上,所有东西都是模糊不清的,因为那些可探测的粒子同时也是波。
    等一下,这变得更奇怪了。实体粒子可以在它自己的波中出现在任何一处,它在自己的波的任何一处出现都不过是个概率。这个实体粒子在所有位置上同时存在着,直到我们观测到某个确定的结果。这种模糊性改变了科学家对真实的理解(可能同样也改变了你的看法)。对于这种模糊性和确定性的缺失到底意味着什么,我们在第2章中也提到了一些更流行的解释。
    不要担心这些奇怪之处。量子力学中那些难以对付的概念都已经被掰碎,成了能被一口一口吃掉的小块。在优雅地消化掉前几章的内容后,你会理解后面章节中一些话题背后的理论,如零点能、虚粒子、量子纠缠、量子计算、量子隐形传态、圈量子引力、量子自杀和永生,还有能够进行时间旅行的文字信息。
    后面的章节还包括弦理论、平行世界、反物质、中微子、超光子、隐形术、全息成像、外星生命、星际通信、生物工程、地球化、全球变暖、宇宙学、进化、生命起源(碳基生命,至少)、火箭学、基因修饰、热力学、“时间之矢”、计算机的下一步发展(人工智能)、文明分级,还有很多。
    哎呀,已经写了很多了。我们要开始享受乐趣了!至少在最后一章前会是如此,因为最后一章讨论了所有东西的终结,包括地球的、太阳的、宇宙的……
    我希望这本书能让你感到惊奇,让你想要进一步探索相关的话题。
    这份引言的寓意:科学告诉我们什么是什么,而不是我们想要什么。科幻小说则没这个限制。
    这份引言的寓意(最初印于某平行地球上):科幻小说由恐惧或希望驱动,而科学则由必要性或好奇心驱动。这两者的驱动力之间有巨大的重合部分。
    我将列出阿瑟·克拉克的“预测三定律”来结束引言。从《神秘博士》到《星际迷航》,许多流行的科幻小说都不胜其烦地引用了他的预测三定律的第三条,而我则鼓励你接受全部的三条定律。不过为了乐趣,请试着去身体力行第二条定律吧:
    1.如果一位名声显赫却已年老的科学家说某件事情是可能的,他几乎肯定正确;但如果他说某件事情是不可能的,他十有八九错了。
    2.要发现可能的界限,唯一方式就是冒险跨越这个界限,去触碰不可能。
    3.任何足够先进的科技,皆与魔法无异。系好安全带,我们要出发了。