反重力的“异想理论”:浅谈游戏和科学的重力

作者:U-ACG
2016-05-31
1 10 2

引言

PSVita 上曾发售一款十分特殊的动作游戏《重力异想世界(GRAVITY DAZE 重力的眩晕:上层への帰还において、彼女の内宇宙に生じた摄动)》。在这游戏内,玩家可以操作一位少女无视重力,自由地在空间中飞舞移动,上下四方。游戏利用了 PSvita 的高效能与触碰面板,营造出一个全新的感官世界。类似题材作品也还不少见,例如《重力效应(Inversion)》主打时间和空间的扭转。

游戏好坏见仁见智,但本作品确实具有高度的创新性,尤其利用掌机的随身性和六轴系统,对后来的许多 3D 游戏都有一定的影响。此外,更让笔者想到,在许多动漫作品与电玩游戏中,重力似乎都成为一个“对抗”的要素。仰望星空,感受自身的渺小;俯瞰大地,羡慕飞鸟的羽翼。重力,就像是与生俱来的原罪与枷锁,把人类牢牢地紧黏在土地之上。

在钢弹中,居住在地球上的人类与宇宙殖民者展开了漫长的战火与无尽怨恨,其中一个认知的分水岭便是那些被重力束缚的灵魂,限制了人类的可能性与视界。我们也不禁联想到,几乎全身瘫痪的著名的物理学家霍金(Stephen William Hawking)曾在美国太空总署的协助下,使他感受到脱离轮椅、自由漂浮的意识在。

Physicist_Stephen_Hawking_in_Zero_Gravity_NASA

在《七龙珠》或是当代的少年漫画中,主角们都能自由的停驻空中;传统的中国武侠小说内,轻功更是众多高手的必修技巧,务必能腾空急行,来去如影;希腊罗马神话中,飞翔也是永恒的命题,所以导致了悲剧的产生;古往今来的许多文学,似乎在说明对抗重力和渴望飞翔是自古以来的终极梦想;然后砸了牛顿的苹果,又把这件事往上推了一层,赋予了后来的科学两字。

在本文中,笔者试图在这篇文章中讨论一个很简单的概念:历代以来许多科学家如何试图透过什么方式来改变重力,进而达成另外一种对于质量的控制。科学上的对抗重力或许不像 ACG 作品中的解放灵魂具有同等命题;若要脱离重力,一个很简单的方式就是离开地球,抵达重力约束圈之外便可以享受纯洁的自由。但今天笔者所要谈的并不是这种略带“逃避”的一了百了作法,而是在重力的影响限制中,人类要如何反抗重力,人定胜天的宿命呢?

Part I

首先,“反重力理论”本质上是一个SF小说内创造出来的概念,或许最早将其创作出来的是著名科幻小说家乔治威尔斯(Herbert George Wells)在 1901 年出版的小说《The First Men in the Moon》。

Wells-1901-The-First-Men-in-the-Moon

在这本小说中,剧情描述主人公贝德福德和朋友凯沃二人乘坐一种特殊装置到了月球。他们在月球上发现了奇妙的动物与大量的黄金,甚至还有已经建构高度文明社会的月人。主角透过无线电向地球报告他们的调查结果,但是月人社会如同地球一样,充满意识型态对立与各种战争,最后小说主角死于月人手上。

这样的题材并不陌生,反应了该科幻小说对于月球的幻想以及现实国家社会的投射。19/20世纪之交是各种无政府主义、暗杀活动与社会抗争的激烈时代,更是今天所谓“科学实证”与“魔法迷信”认知界线的关键转换期,请您不妨参考笔者在下面的索引,而当时对于月球的延伸想像更是科幻小说的重要题材。

与乔治威尔斯齐名的科幻小说之父儒勒凡尔纳(Jules Gabriel Verne,1828.2.8-1905.3.24)也在 1865 年写作《De la Terre à la Lune》、1870年发表《Autour de la lune》(两部合称《月世界旅行》)。在这两部科幻小说中,凡尔纳构思了一种高速大抱。主角乘坐在大抱形状的驾驶舱内,然后利用大抱的射速,把人直接从地球射向月球。这个设计现在看起来虽然有点过时,不过把人丢进大抱中发射,有玩过《圣剑传说》或是看过某些马戏团动画的朋友应该不会陌生,这到今天依旧是一个好梗。

但是如果我们对比儒勒凡尔纳和乔治威尔斯有关月球的科幻小说;相较于大抱,威尔斯在《The First Men in the Moon》中杜撰了一种称之为「cavorite」的反重力物质,这个物质可以紧密的包覆在主角乘坐的球体周围,进而脱离重力控制抵达月球,显然更有设定的内涵。

这种杜撰的反重力物质在许多科幻小说中经常可见,就像米诺夫斯基粒子一样,创造名词十分容易,但是对于很多科学家而言,「科学」的一个目标就是让科幻不仅仅是空中楼阁,更能够实现于今日。 1960 年代的人类成功登月,花了半个多世纪的岁月时光论证科幻成为现实,结果月球上面没有月人,也没有兔子。“反重力”的理想也是如此,在这篇文章中,笔者便打算简单介绍一些有关反重力的科学发展。虽然今天尚属纸上谈兵,但这些历史轨迹正代表人类在种种“限制”中追寻成真的可能性。

Part II

自从有一颗苹果好巧不巧地刚好砸中牛顿的脑袋之后,万有引力定律便与我们如影随形。牛顿将重力描述为一种向外传播“力量”,不过到了20世纪,牛顿理论被爱因斯坦的广义相对论所取代,重力不再被定义为一种“力量”,而是空间几何形式的结果。今天更精确的用法将其称之为“引力” ,指的是具有质量的物体之间,具有一种加速靠近的趋势;而引力也是自然界的四大基本交互作用力之一(另外三种分别是电磁力、弱力及强力)。

而无数的物理学家便希望能建构一个统合这四种力量的“统一场论”,作为解释宇宙自然万物的统一解释。这样我们就能初步的理解,在牛顿的古典力学时代,认为地球具有一种强大的力量来运转作用著,故这股力量拉住了人类的脚使其不能飞翔(万有引力),但在广义相对论的解释中,引力的来源是由于存在质量对时空的扭曲,并不是一种实际的力量作用,星球之间的相互引力吸引成为天体系统,生命形式也因此诞生。

到了量子力学的发展,则把重力的传播设定为具有一种基本粒子(量子重力学)存在,这似乎也隐约包含了一种可能,如果可以抵制或是相消这种粒子,那反重力也并非不可能。为了避免复杂的讨论(笔者也没有这种能力),我们将简单探讨历史上的科学家曾经做过什么样的挑战或构思来建构反重力理论,就像 ACG 之中的特殊兵器或装置。

RogerBabson

在理想状态中,我们必须设计一个特殊的装置来对抗重力;事实上,这确实不是科幻。一个最著名的例子大概是罗杰‧巴布森(Roger Ward Babson, 1875 -1967)。他就是今天位于麻州波士顿附近的巴布森学院(Babson College)的学校创办人,这所学校在商学院方面颇有知名度,而一个以他名字的股票与商业分析机构 Babson-United, Inc.迄今仍存;罗杰‧巴布森还是 1940 年美国总统的候选人,而他的对手就是罗斯福,故这实在是非战之罪,虽败犹荣。

但罗杰‧巴布森自己生涯中最感到兴趣且自豪的,或许是他在1948年创立了反重力研究协会。当时这个基金会吸引了当时的一些怪咖,如直升机的发明人西尔科斯基(Igor Ivanovich Sikorsky)和冷冻食品的发明人等等,一开始这个基金会认为可以在很快的时间内发明一套反重力的装置,不过直到罗杰‧巴布森在 1967 年死亡,这个基金会解散时,他们依旧没有搞出什麽玩意出来。除此之外,如北卡的大学也曾经于 1956 年成立类似的重力信托基金会。

虽然基金会解散,但是研究补助并没有取消,依旧有 5000 美金的奖助给予研究反重力的论文奖金,最近一个获得这个论文奖金的学者就是于 2006 年获诺贝尔物理学奖的加州柏克莱大学教授乔治斯穆特(George Fitzgerald Smoot),如果您是学习天文物理的朋友,我想这个名字应该非常熟悉。这都说明了不管是幻想或是现实的尖端学者,反重力装置依旧是一个难以完全被否定的理想。

把眼光拉回到二十世纪初期,1920 年代,有个叫做托马斯‧柏森(Thomas Townsend Brown)的高压电研究人员宣称自己已经製造出一台反重力装置。他的做法是将高压电加在高电容率的材料上后,就能产生一种未知力量抵抗重力效应。不过显然只是昙花一现,而当事人在接受了指责批判后收起了玩心,日后製造了更多成功的高压设备。嗯,反重力装置果然不像小说一样,笔下千秋,一写成功。

而真正投入经费从事反重力装置研究的单位,或许最实际的就是美国空军。大约在 1955 年到 1974 年美国空军对于重力控制推性的研究投入了相当的心力。美国国防投资这样研究并不意外,笔者曾经写过一篇文章讨论到二战中后期,德国希特勒曾经试图训练一批可以听懂人话的猎犬军队。希望这群狗儿能够进入敌营听取机密后回报德国。现在看起来似乎有点不切实际,但在战火连绵的无尽岁月中,任何人都会变得疯狂,不管是希特勒或是那些科学家们,都认为这是可以实现的成果,科学万能。

同样的,如果考虑到 1950-60 年代的核子武器与零和威胁、冷战局面逐渐形成,美国海军投资反重力研究并不令人意外,尤其在广义相对论的发展之下,航空战斗机的研究被认为有可能有所突破。洛克希德马丁公司就曾经执行过美国空军的反重力研究计画,该公司曾经建立了一个专门的先进技术研究所。当时一个主要的负责人就是理论物理学家布克哈特海姆(Burkhard Heim, 1925-2001)。在学术成就与生平际遇上,他也被称为「德国的霍金」,海姆对于统一场论的热中与超空间旅行的梦想始终是他研究的动力。

2001年海姆死后,许多报纸开始回顾他的一生,并把他的许多生平事蹟找出来,才发现美国NASA曾经与他合作,秘密计画建造一个“超空间引擎”,这个引擎如同 SF 小说一样,可以在三小时内抵达火星。其理论就是建立在广义相对论之上,利用强大的电磁场来产生重力场包覆太空船。只要磁力够强大,太空船就能突破进入多维空间,以难以想像的速度前进,星际旅行也不再是梦想。

而美国军方对于反重力的研究计画在 1973 年宣告终止,但是就如同上述的私人基金会一样,一直到最近,官方类似的奖励依旧不断。比如说美国太空总署在 1996 年至 2002 年间为提供了大量资金给“推进领域的突破性研究”(Breakthrough Propulsion Physics Program,BPP)。说穿了,这个援助就如同 Google 一样,给予一些看起来天马行空,但却缺乏实际资金的研究计画。失败了也没有太大的关系,但如果万一能成功,那就是巨大的突破。

值得一提的是,1988年,罗伯特‧佛渥德(Robert L Forward)在AIAA(美国航空宇航研究所)、ASME(美国机械工程师协会)、SAE(美国机动车工程师协会)和ASEE(美国工程教育协会)的联合会议上发表了一篇重要的论文,其中提到了反重力的推进系统。在论文中他提出每个点质量(point masses)会吸引其它的点质量,其作用力的指向沿著穿过两点的直线行进。

225422484_o

此力大小与两个点质料乘积成正比,而与其距离的平方成反比:换言之,如果有两个同一的点质量,一个正且一个负,被相邻地放在一起时,那麽它们就会沿著联繫它们的直线作加速运动,如此一来整个加速系统的总能量将保持为零,这就使得加速效应可以在无重力影响下产生。关于这个问题,请参考原始的论文:

Forward, R. L. (1990, Jan.-Feb.), “Negative matter propulsion," Journal of Propulsion and Power, Vol. 6 (1), pp. 28-37; see also commentary Landis, G.A. (1991)

还有一件轶事,也就是《阿凡达》的导演卡梅隆(James Cameron)曾经在访谈中提到他电影中的宇宙船设计元素便来自于罗伯特佛渥德的装置理念。但到目前为止,虽然有许多的零星样本,不过实际的载人反重力装置尚在理想之中。所以电影,还是走在前面一步。

gravity-sandra-bullock

PART III

随著物理学的多元发展,近代的反重力研究中,超导体成为关注的重心。 1995 年,俄罗斯的物理研究员尤金‧博多克勒洛夫(Eugene Podkletnov)声称快速旋转的超导体可以抵抗重力,他在有关超导体研究中指出,如果把一个物体放在一个高速旋转的超导体陶瓷圆盘上,物体就会失重百分之五;但是在许多人重复他的研究实验后,无法证实为可靠。

从 1989 年开始,华裔的女科学家李宁在理论上证明超导装置上方的物体由于受到重力场影响,本身重量将减少百分之二;换言之,如果超导体中的晶格离子在吸收外界电磁场的能量后将处于同一个量子状态并快速旋转,便会抵抗地球重力,甚至可以完全消除物体本身的重量,达成反重力的状态。到了 1999 年,李宁已经宣称她构思了一个称为“AC重力”的名称,看到这名词就令我想到什么 AT 力场啊….

2006 年马丁‧塔亚马(Martin Tajmar)宣称自己发现了旋转状态的超导体周围形成的人工重力场,其大小与超导体的角加速度成一定比例,这个发现也可以用来宇宙常数中得到论证。2007年,位于纽西兰的 The Canterbury Ring Laser Group 在此基础之上进行了更精确的研究。但是结果令人失望,他们的报告总结是并没有这样的现象。

如果真的有所谓的“塔亚马人工重力场”,那实际的结果也比他在 2006 年的研究还要小 22 倍以上。在报告的最后一句话中提到,我们的无法证明确实存在或否定反重力装置的结果。这似乎在说,绕了一大圈,又再度在理论之中打转。

在 ACG 作品中,主角都会有借助特殊的能力,身上缠绕“气”或是某种“光晕”而产生超乎常人的特殊力量。在 PSVITA 的《重力异想世界》中,女主角也是藉由触碰猫咪而获得神奇的重力控制能力。文学是现实的延伸,小说是理想的创造,所以在这些 SF 小说或是 ACG 题材中,要创造一个名称很长,汉字很多、念起来很帅的设备一点也不难。反正一拳打下去、一刀刺下去,恒星大小的巨体也能瞬间瓦解粉碎(最近的《阿修罗之怒》就是一个好例子),而且大家也看得爽,热血贲张,大呼过瘾。

225422611_o

虽现实并不如此简单,但许多科学家所怀抱的理想其实相去不远,尽可能在追寻小说与现实的距离。我们看看如爱迪生的百年预言,或是各种未来科技展望,其实当今的科幻小说或动漫作品都在某种程度上想像未来的可能性;同样的,正因为这些科幻小说给予人们无限的想像力,进而刺激了科学的发展

人类自古以来渴望对抗重力,自由飞翔;但是过分自由、无拘无束同样会感到不安、顿失惶恐,如同漂流浮萍,思乡游子。“脚踏实地”是句很好的话,人只有双脚确实地踏在土地上,才会感到安心,这就是“踏实”。地球的重力虽然是一种束缚,但同时也是来自地球母亲的关心。或许,人类就是在这种“限制”与“矛盾”中,不断寻求自身的满足与进步,

进而创造出所谓的文明。

后记

大部分的文章都可以在1-2个小时内写完,这篇大概写了五到十倍的时间,而且还是残缺不全。一开始是因为玩了PSVITA的《重力异想世界》后觉得颇有趣,所以进而对这个话题产生兴趣,文章的最初目标预计讨论两个方向,一个是 ACG 中的反重力装置,这个装置可能大如一个飞行器、机器人的控制舱,也可能小如一个手表,按一下中间的按钮便可以自由飞翔。第二个类别是依靠某种特殊的能力(不管是果实、替身、召唤或是气),可以在自身的周围形成一个对抗地球重力的力场,有时候还能清楚具现、肉眼可视,比如说《七龙珠》缠绕在身上的气等等。

原先预计第一个部分将著重在反重力装置的发展历史中,也就是科学家如何建构与发展这种反重力的装置;另外第二个部分则从有关统一场论、空间扭曲与暗物质离子入手,讨论围绕在ACG主角身上的“气”,是否是一种可以中和抵消重力的反粒子。后来发现第二部分实在太过複杂,根本完全不解,难以自圆其说,所以就只剩第一部分了。

U-ACG 

U-ACG是台湾国立交通大学数位文创学程、御宅学术研讨会与台北电玩艺术节的官方资讯网站。我们致力于广义的游戏、动漫与教育艺术文化之间的媒合与流动,也製作动画、桌游和手机游戏,并支持相关活动的推广 。 

您可能还会对这些文章感兴趣

参与此文章的讨论

  1. 至尊小夜猫 2016-06-19

    小时候,我曾想过:云是什么,上面有没有神仙居住呢?人可以独自飞上去吗?
    天真的我去问了母亲,然而“中国传统式”的母亲告诉我了真相:云只是水蒸气到高空凝结的冰晶,至于神仙是不存在的,人都去了太空也没发现有神仙的存在.......
    我没有放弃观察云,因为我坚信,神仙是存在的,无论他是否真实存在,但是他存在于我的心里。
    在十几年前那个影视爆发的年代,我看了很多宫崎骏的作品,可以说,宫崎骏是个不折不扣的飞机控,几乎每一部动画作品里都有飞上天的场景,最典型的是《天空之城》和《红猪》,即便没有飞机,也会有魔法飞上天空。不由的深思,“上天”是人的本能吗?九成的人在幼年时期都想过能否像鸟那样飞......或许我们有飞行的基因,或许在人未进化的时期,也是可以飞行的..........其实,我们无时无刻不在“飞”,身体受物理定律约束,但思想并没有,如同儿时云层里的神仙,如同宫崎骏思维中的天空之城,如同众多科学家的反重力装置。

  2. a630042336 2016-06-22

    挑个刺:是高速大“炮”,不是“抱”,凡尔纳的设想应该来源于牛顿的“牛顿大炮”吧。我感觉,磁悬浮才算是反重力,不过送上天是不可能的了..........
    “到了量子力学的发展,则把重力的传播设定为具有一种基本粒子(量子重力学)存在,这似乎也隐约包含了一种可能,如果可以抵制或是相消这种粒子,那反重力也并非不可能”正反粒子碰撞不是会湮灭吗?感觉更加不可能........
    ps:学渣一枚,求轻拍.......文章的严谨程度让我以为在看果壳............

您需要登录或者注册后才能发表评论

登录/注册