科幻作品中不可或缺但常被人忽略的技术盘点

2015年4月7日7760

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一.超空间通讯(超距通讯)

常见作品:星际迷航系列,星战系列,星际争霸系列,星际之门系列等

背景简介:众所周知,在经常以光年计算距离的太空歌剧、太空战争作品中,以光速传递的电磁波(无线电)远远无法满足信息传递的需求。

相隔光年的飞船、殖民地之间的通讯往往无法通过以光速传递的电磁波(无线电)来完成,而所有信息完全凭借飞船带回基地或殖民地又是不现实的。

为了解决这个问题,使得远距离通讯可以像在地球上打电话一样方便,超空间通讯应运而生,超空间通讯技术解决了空间距离遥远所带来的信息封闭与滞后,方便了作品的创作,更好的推动了故事情节的发展。

技术简介:超空间通讯的本质特点就是信息的传递超越光速,甚至比飞船本身的速度快很多,从而使得太空环境变得和日常生活类似,使人们更容易理解与接受。

科幻中的超光速通讯的手段,大概可以分为3种:

1.亚空间通讯(子空间通讯)

亚空间也就是我们常说超空间或子空间,亚空间通讯首先要利用曲速、超空间、跃迁发生器产生一个空间后,将电磁波发送进这个空间,借此使得电磁波在亚空间中的传递速度超越光速,以此传递信息。

在星际迷航中,透过子空间传达无线电频讯息,能以极高的超光速速度(曲速9.9997级=光速的198696倍)传递讯息。如果目标之间距离并不遥远,则近乎即时的星际通讯可以达成。但在距离更加广阔的宇宙空间中,往往需要设置子空间讯息中继站(subspace raio relay)来加强讯号与加速传递。

这项技术经常出现在超光速旅行的飞船上,用以在飞船间或飞船与殖民地间传递讯息。

延展:超空间跃迁技术

http://tieba.baidu.com/p/1056618411

详细技术介绍可参阅TNG技术指南

2.量子通讯

量子通讯利用的是量子纠缠原理。量子纠缠是一种量子力学现象,其定义上描述复合系统(具有两个以上的成员系统)之一类特殊的量子态,此量子态无法分解为成员系统各自量子态之张量积。简单讲就是,在微观世界里,不论两个粒子间距离多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子。

凭借这一特性,将光子对拆散,一个留在原地,一个放在目标航天器上,当对其中一个光子进行干涉时,另一个光子就会做出相应的反应。两个处于纠缠态的粒子无论相距多远,都能“感知”和影响对方的状态,以此来完成信息的传递。

延展:EVE中的量子通讯装置

流变路由器,流变路由器的工作原理实际上非常简单。进行通讯的第一步就是通过超流体氦-4产生纠缠量子态,本质上来说在这个过程中由于玻色凝聚作用所有的氦原子都被保持在量子态。这样的一小滴液体氦-4被仔细地分为两块,就这样,这两滴液体,确切地说是在这两滴液体中的氦-4原子被牢固纠缠住。两滴液体被分别放置在两个设计有能够将比特流编译和解读成为量子态的路由盒中对原子进行测量。至此这两个路由盒被链接在一起,而距离在这个链接中是被忽略的单位。因此,飞行在使用这个设备的时候通常会从网络供应商那里同时购买一对这样的路由盒,一个被安装在飞船上,而另一个则由网络供应商接入同其他更多的路由盒连接的广域高速链路上,这样有效地构成一个松散的网络,使信息迅速在大量的路由盒以及供应商机站间传输。

具体原理可参见百度百科:量子纠缠

3.虫洞通讯

相对于前两种技术而言,虫洞通讯技术更加的简单、粗糙与落后。

简单来讲就是利用虫洞,将遥远的传送距离缩短,使用电磁波或其他通讯形式在缩短后的距离上进行。

无论是向虫洞发射小型或微型航天器,还是直接将通讯信号射入虫洞,虫洞通讯确实可以完成超空间的基本要求。但是无论从成本、适用性、便捷性以及安全性的角度来说,虫洞通讯都不是一项合格的超空间通讯技术。

科幻作品中的虫洞通讯极其稀少,在此不作过多累述。

二.人工重力(人造重力)

常见作品:几乎所有涉及太空的作品

背景简介:随着人类的脚步逐渐迈向广袤无垠的深空,航天器、飞船需要在太空中停留的时间越来越长,而经常作为作品主舞台之一的飞船内部环境,失重问题在星际探索中始终难以解决。失重条件严重影响人类在外太空的活动,无法正常的生存与补给,无法如同在地面上一样便捷的作战,很多技术无法在无重力环境中实现等。零重力成为影响作品情节发展的绊脚石,不利于观众和读者接受,成为限制作品本身的一个问题。因此,人工重力技术应运而生。

技术简介:人工重力技术就是利用技术手段,使得飞船或航天器内部产生单一方向的重力,模拟星球表面重力,简化像失重这样的影响剧情的元素,从而使得作品更加直观与合理。

人工重力技术大概可以分成2种:

1.力场发生器

这种科幻技术常见于星际迷航等作品中,其原理是通过一系列的立场生成器组成的网络来创建一个和地球相同的重力场。这些超导引力子场矩阵存在于几乎每层甲板的下面,这种技术可以理解为使用电磁作用产生重力

详细技术介绍可参阅TNG技术指南

三.惯性阻尼器

常见作品:几乎所有涉及超光速旅行的作品

背景简介:随着深空探索的发展,越来越多的飞船可以在一瞬间加速到超光速。但是因为惯性的存在,飞船直接加速到光速会使得船内的一起物体被加速度挤成渣渣,甚至导致船体断裂爆炸。

但就人体而言,人体的承受极限是8个G,也就是说加速度超过80M/S^2时人就会陷入昏迷甚至死亡。而无法快速加速的飞船在太空环境中十分危险。

因此,减弱、消除惯性的效应成为宇宙飞船的基本功能之一,也更是太空战中不可或缺的重要技术之一。

技术简介:惯性阻尼技术很少出现在科幻作品中,很多作品都会有意无意的忽略这一点,但是这项技术却整的称得上是无处不在的。

惯性阻尼技术大概可分为2种:

1.力场发生器

力场发生器除了可以使飞船产生重力作用之外,还有一个重要的作用,就是屏蔽惯性。其原理与重力场的产生和立场发生器的原理有不可分割的关系。惯性减震场系统(IDF)和结构完整力场(SIF)并联运行。该系统生成一系列可控变量力场吸收航天飞行中巨大的惯性力,以免船员受到致命伤害。IDF的发生器和SIF的相互独立,但输出到一连串并联的波导管然后通过合成重力板传导。IDF的基本原理是预测加速度的方向和强度,然后用矢量速度相反的扭曲场吸收惯性势能,从而达到保护船员的目的。

详情参阅TNG技术指南

2.希格斯场

英国物理学家希格斯(P.W.Higgs)提出了希格斯机制。在此机制中,希格斯场引起自发对称性破缺,并将质量赋予规范传播子和费米子。希格斯粒子是希格斯场的场量子化激发,它通过自相互作用而获得质量。根据标准模型理论,宇宙空间中的各处都充满了希格斯粒子(希格斯场)。希格斯粒子被认为是生成基本粒子的“质量”之源。质量应该是反映“物质运动状态变化的难易程度”(即“改变物质运动状态的难易程度”,惯性)的物理量。

简单来讲,希格斯子赋予物质质量,有质量的物质就有惯性。通过屏蔽希格斯场,进而减少物质质量,从而达到屏蔽惯性的效果。

通过希格斯场来实现屏蔽惯性的技术,相对于上文提到的力场发生器而言,更加的复杂,其实用性也有待进一步评测,所以这项技术并不经常出现于科幻作品中。

四.全息投影(虚拟成像)

常见作品:星战系列,普罗米修斯,光晕,钢铁侠等

背景简介:随着科幻的发展,通讯技术的革新也势在必行。从传统的无线电,到手机视频通话,这些技术早已成为人们生活中的一部分。科幻中的通讯要做到“科幻”只有通过更加前瞻的技术来实现,而全息投影(虚拟成像)技术正好符合要求。

技术简介:全息投影技术作为一项已经存在的技术,在演唱会等场合得到过一定的应用。但是现阶段的全息投影技术还并不能够满足科幻作品中的需要。全息投影技术也称虚拟成像技术是利用干涉和衍射原理记录并再现物体真实的三维图像的记录和再现的技术。众所周知,光线只有通过反射才能被人眼接收,直接投影在空气中的图像,必须通过某种介质的反射才能被人眼所接。而科幻中的全系投影技术则更加的先进。

——全息投影技术大概可分为2种:

1.现有全息投影技术

以流动的空气墙、氮气氧气混合成的灼热浆状物质、高速旋转的镜子为介质,将激光束来投射到介质上,来显示3D影像。

其第一步是利用干涉原理记录物体光波信息,此即拍摄过程:被摄物体在激光辐照下形成漫射式的物光束;另一部分激光作为参考光束射到全息底片上,和物光束叠加产生干涉,把物体光波上各点的位相和振幅转换成在空间上变化的强度,从而利用干涉条纹间的反差和间隔将物体光波的全部信息记录下来。记录着干涉条纹的底片经过显影、定影等处理程序后,便成为一张全息图,或称全息照片;

其第二步是利用衍射原理再现物体光波信息,这是成象过程:全息图犹如一个复杂的光栅,在相干激光照射下,一张线性记录的正弦型全息图的衍射光波一般可给出两个象,即原始象(又称初始象)和共轭象。再现的图像立体感强,具有真实的视觉效应。全息图的每一部分都记录了物体上各点的光信息,故原则上它的每一部分都能再现原物的整个图像,通过多次曝光还可以在同一张底片上记录多个不同的图像,而且能互不干扰地分别显示出来。

2.科幻全息投影技术

鉴于本人为找到相关技术介绍,这里就由本人自行脑补

科幻中的虚拟成像技术,通常是使用显示平台或手持显示器显示的。

显示平台可以使用小型电磁场来约束透明介质,使介质在一个特定区域内运动,同时使用特定频率的相干激光在介质上成像,具体技术和上文类似,只不过更加的简捷、精密,更加科幻。

普罗米修斯

光晕

五.星际导航系统

常见作品:几乎所有涉及超光速旅行的作品

背景简介:正如古代国家的扩张和战争需要首先绘制地图一样,当人类的飞船驶出太阳系后,导航也就成为了异常重要的事情。空旷的星空没有任何可以使用的参考系。已超越光速前进的飞船如果没有精确地导航系统,很难准确地到达目的地,甚至有可能和目标相距十万八千里。显然地球上的卫星定位导航系统并不能为宇宙飞船进行空间导航定位。所以新的导航系统应运而生。

技术简介:研究人员将宇宙中的脉冲星(脉冲星是中子星的一种)作为“宇宙的灯塔”对进行恒星际航行的宇宙飞船进行导航。这套先进的星际导航系统让人联想到古来的航海水手通过太阳和月亮在不同时间所出现方位进行导航,而进行星际航行的宇宙飞船自然要选择能发出特定脉冲信号的中子星。同时,未来的星际导航系统将探测三个脉冲星上发出的X射线,来确定宇宙飞船在宇宙空间中的位置,这种定位原理可在宇宙航行中广泛采用。

首先将已知的星图数据,包括可以成为宇宙灯塔的脉冲星数据,输入导航电脑,在导航电脑中产生完整的星空,当飞船到达目的地之后,将目的地的星图输入导航电脑进行对比,以此来了解自己在星空中的准确位置,并以新的数据为依据来进行下一次跃迁。

这个宇宙定位导航系统可以在银河系任何地方定位飞船,误差范围在5千米以内。

六.远程传送

常见作品:星际迷航系列,星际之门系列等

背景简介:早在人类第一次走出大气层之前,传送就已经是非常重要的技术之一了。但是随着人类迈向太空,使用太空梭运送人员和货物就成为了一样不实用的技术。高危险,高成本,运输量小,适应性差的特点暴露无遗。于是更加先进的技术产生了,那就是远程传送。

技术简介:远距传送是指,通过将物体分解成量子,再利用量子远距效应,把原型量子的性质传送出去,瞬间到达目的地后,再把这些量子合成物体。即“用非物质接触联接的手段实现物理的传递”。这项技术不仅可以将人化为光束,瞬间传送到遥远的另一个地点,还可以瞬间传输大量的货物。

2006年丹麦哥本哈根大学尼尔斯。波尔学院的尤金。波尔扎克教授和他领导的团队完成量子化传送一壮举。他们首先是通过专用装置将物体分解成量子,再利用量子远距效益把原型量子的性质传送出去,到达目的地之后再把这些量子合成物体。

科幻作品中的远程传送利用的是同样的原理,只是技术上更加先进与完善。这项技术的运用让人们眼前一亮,并且相信在不久的将来这项技术也可能会在真实的世界里大放异彩。

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