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【岳麓讲坛】刘洋:从野天鹅到恒星引擎——科幻小说中的航空航天技术
作者:鱼丸游戏森林舞会齐梁琦 王诗吟时间:2020-11-29 15:30:10点击次数:

2020年11月27日晚7时,科幻作家、物理学博士刘洋做客由鱼丸游戏森林舞会教务处主办的岳麓讲坛,作了题为“从野天鹅到恒星引擎——科幻小说中的航空航天技术”的精彩线上讲座。

刘洋是新锐科幻作家,目前任教于南方科技大学,从事数字人文、创意写作、凝聚态物理等教学与研究工作,在《科幻世界》、Clarksworld、Pathlight等国内外期刊发表科幻作品八十余万字。曾获得华语科幻星云奖、黄金时代奖等奖项,出版有短篇小说集《蜂巢》、《流光之翼》等,长篇小说《火星孤儿》等。



一、星际候鸟与飞船


讲座伊始,刘洋老师提出,现存最早以英文书写的月球旅行故事是1638年弗朗西斯·戈德温的《月中人》。书中名叫冈萨雷斯的年轻人本在大西洋上航行,因意外流落到一座小岛之上,为了返回故乡,他开始训练岛上的野天鹅进行负重飞行。但他并不知道,这里的野天鹅是星际候鸟,习惯在冬季飞往月球避寒。结果在野天鹅年度迁徙时,冈萨雷斯被一起带往了月球,最后平安地回到地球。

戈德温描述“地球的引力会随着与地球距离的增大而减小”,当时万有引力定律尚未被发现,但小说中已经有了科学的雏形。由于时代的限制,在现代科学的认知下书中也有许多错误,比如作者认为“飞船在地球和月球间飞行时,三者总是在一条直线上”,没有考虑到月球绕地球公转的因素。“也许现在看来,书中的航行方式有些荒诞,但作为第一部描述太空失重现象的作品,小说中这艘由野天鹅拉起来的飞船是早期文学作品对航空航天技术的大胆想象。”



二、从月球到地球


在《月中人》出版后的两百多年内,经典物理学迅速发展并完善,牛顿力学三定律、开普勒行星定律、万有引力定律相继被提出,人类开始将星星纳入到科学探讨的范围。“人们开始意识到地球生命不是唯一的,逐渐把兴趣转向对太空和地外生命的探索,太空旅行小说的创作再度兴起。”

凡尔纳在1865年出版的《从地球到月球》,被称为现代科幻小说的典范,准确预言了如今许多航天技术的应用。故事发生在南北战争后的美国,一群退役炮兵组成了大炮俱乐部,无聊之中突发奇想,决定发射一颗炮弹到月球上去。故事的最后,炮弹没有击中月球,而是进入了月球的环绕轨道,成了月球的一颗小卫星,也巧妙地规避了如何降落的问题。小说里还有许多细致的计算,比如炮弹的发射速度为每秒钟一万两千码(约11千米每秒),与地球的第二宇宙速度11.2千米每秒非常接近,小说中计算出来的97小时也已经接近如今地月航行实际所需时间。刘洋老师评价,《从地球到月球》以严格的演算来预测发展,使故事情节极具真实性,带给了读者切身的代入感,是典型的硬科幻小说。



三、从宇宙升降机到巴萨德冲压发动机


阿瑟·克拉克在《天堂的喷泉》中提出了大胆的“宇宙升降机”的设想,构建了以磁力制动器为动力源的太空电梯。如今太空电梯也是全世界科学家们探讨的热门课题,太阳引力、月球引力、椭圆的赤道、太阳辐射压力以及科里奥利力等,这些都是太空电梯如何在微扰中保持稳定所面临的问题。此外,还有闪电、氧气侵蚀、高空水蒸气导致的凝冰等许多问题,在小说中并没有太多探讨。

1903年,苏联科学家齐奥尔科夫斯基提出了火箭方程,但火箭携带的燃料重量与飞行的距离成正比,想要获得更远的飞行距离,携带的燃料又会成为飞行的阻碍。在此背景下,科幻作家脱离“火箭”,开始写星际旅行的科幻作品。美国物理家巴萨德发表的《银河系的物质和星际旅行》一文中,提出搜集星际中本来存在的物质来为飞船提供动力的设想。波尔·安德森的《宇宙过河卒》第四章便描述了巴萨德冲压发动机的原理,探讨如何使氢原子通过涡流圈被压缩,最终成为巴萨德冲压发动机的燃料。实质是核聚变发动机,不仅避免了氢原子打到飞船上对飞船的伤害,又为飞船提供了燃料。刘洋老师认为:“巴萨德冲压发动机并没有和现实科学相冲突的地方,如何建造它面临的是参与反应的粒子的选择问题。不同粒子反应有不同的优势,会导致反应堆的难易程度和飞船结构的坚固程度都不同。”



四、从曲速引擎到恒星引擎


之后的科幻作家更进一步,开始考虑超光速的飞行,力图突破爱因斯坦相对论的限制。1994年,物理学家米基尔·阿库别瑞受地毯启发,提出曲速引擎的构想,通过波动方式拉伸空间,使坐标轴的空间相对于物体移动,让飞船前方的空间收缩,后方的空间膨胀,从而使飞船前进,有以无限接近光速的速度航行的可能性。

刘洋老师谈及中国科幻电影《流浪地球》中,人类在地球表面建造了上万座行星发动机和转向发动机来推动地球离开太阳系,消耗的是地球的能量。而更为宏大的设想是带着整个太阳系一起旅行,利用太阳的能量,即恒星引擎。奥拉夫·斯塔普的《造星主》和拉里·尼文的《环形世界》都运用了恒星引擎的概念,这种设想的好处是太阳光仍旧辐射在地球上,并不破坏地球上的生态。



提问环节,关于同学们“硬科幻的创作门槛很高,没有相当学科背景的创作者如何进行创作”的提问,刘洋老师回答道:“国内创作硬科幻小说的作家中,真正有专业学科背景的并不多。没有专业的学科背景也当然可以写科幻小说,可以更关注科技会在未来如何改变人们的日常生活,以及随之而来的伦理层面的问题。”

最后,主持人刘舸老师提问:“科幻小说更注重文学性还是科技性?”对此刘洋老师认为这两个方面缺一不可,科技性固然重要,但科幻小说首先要是一个好看的故事,故事的精彩性是硬科幻文学魅力所在的前提。


文|齐梁琦 王诗吟

图|周文






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