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霍金的科幻与现实

北京时间2016年4月12日上午,英国著名理论物理学家史蒂芬·霍金在新浪开通了个人微博。在微博上,他向中国网友问好,并表示将在社交媒体上与中国用户交流心得。两天后,霍金的粉丝达到近300万。无论是网络还是线下,霍金本来就红,在中国开微博,霍金就成为中国的网红。霍金在中国成为网红还有一个主要原因是因为他在第二条微博中发布的一个撩拨人的消息,人类可以飞向半人马星座的α星。

飞向α星现在还是科幻

霍金在第二条微博中称,他将与俄罗斯“土豪”尤里·米尔纳和“脸书”的CEO扎克伯格一起,研发第一台纳米飞行器,用它来探索半人马座α星。

半人马座是一个巨大而明亮的星座,它拥有两颗一等大星,半人马座α星和β星。半人马座α星和β星在中国古代被合称为“南门双星”,14世纪郑和下西洋时,曾利用它们来导航。不过,南门双星还有一颗伴星(比邻星,C星),离我们只有4.2光年,是距离太阳系最近的恒星。

即便以4.2光年来计算,按照目前人类设计的航天飞船或航天飞行器的速度,到达那里大约也需要3万年。但是,按照霍金的计划,可以研发以激光推进的微型星际“飞船”,达到光速1/5的速度,如此,人类只要20年时间就能到达半人马座α星或比邻星,一睹它们的真面目。

半人马座α星和β星都是恒星,近距离探索它们肯定像现在人类要到太阳上去一样,没有走近就会被烧死。按照霍金的计划,那些“纳米飞行器”只有几厘米左右,重量不过几克,需要在上面安装探测装置,所以只能围绕半人马座α星、β星和C星进行探索,或者是重点探索围绕在这些恒星周围的其他行星,就像围绕太阳运转的地球一样,因为在那些地方才有适宜像人一样的生物居住的环境。

为什么要探索半人马座α星或β星,霍金也没说清楚,但过去一直传说那些地方有其他的星际文明,可能像人类文明,也可能不像人类文明。所以,探索的目的应当是发现其他星球的文明(外星文明)。

不过,从现在的科技水平来看,霍金的想法还只是科幻,因为以人类现在的技术难以做到,这体现在工程材料、推进器等方面。用光束来推动纳米飞行器利用的是光压,就像太阳照到人们身上会产生热量一样,如果光照到一个物体上面,物体会获得能量,同时也会产生压力,但这个压力是十分微弱的。

无论是激光还是太阳光,要想把一个即便只有1~10克重的物体加速到光速的1/5,大概需要比一颗原子弹爆炸的总能量还要大的能量。这种极大的能量集中到纳米飞行器上只会摧毁飞行器,以现有材料制造的飞行器无法承受这样的能量,而且具有复杂结构的航天器的耐受能力可能更为脆弱。

不过,已经试验过的技术是太阳帆飞船,是单纯依靠太阳光子持续撞击帆板,逐渐将飞船在没有明显空气阻力的太空中推进到较高速度。美国、俄罗斯先后做过几次太阳帆动力试验,也仅仅是在近地轨道内尝试过,但还没有成功,也就是没有达到实用的阶段。

所以,霍金的探索半人马座α星的设想目前还只是一种想象或科幻。

轮椅才是霍金的现实

尽管探索半人马座α星在目前是科幻,但不排除人类科技进一步发展后,未来可以实现这种设想,但那也只是将来时。从眼下的现实来看,霍金能提出这种想法完全依赖于现有科技的发展和现实水平。具体而言,即便霍金要表达各种思想和学说,包括人类探索半人马座α星,也必须要依赖他不可须臾离开的轮椅。

轮椅不仅是霍金的代步工具,更重要的是,它是集计算机软件、通信技术、红外光、语音转换器等于一体的人工智能,能把霍金的思想和想法转化为语言(语音)和文字表达出来。有了它,霍金才能与他人交流并表达自己的思想,包括目前探索半人马座α星的科幻想法。

霍金的轮椅由下面一些元件组成。

语音合成器,位于椅背,可以把霍金“写”出的文字转译成霍金独特的电子语音。

眼镜和眼镜上的红外感受器,可以感知霍金脸颊肌肉的颤动。

电脑屏幕,即便在阳光下也能看得清楚屏幕上的内容和图像,可供霍金“写”演讲稿、收发电子邮件,甚至可用skype来接收电话。

平板电脑,拥有Core17处理器,可以控制轮椅上的所有电子系统。

万用遥控器,是一个红外线遥控器,可以操作办公室和家里的电视、音响、灯光,甚至开门和关门。

外围盒,内有通用串行总线(USB)、音响放大器和整流器,供各种子系统使用。

电源,在椅座下方,供轮椅移动和电脑系统使用,还有备用电池。

其实,霍金的轮椅就是一个智能机器,并且在逐渐改进,这个智能机器目前经历了三次升级。

霍金轮椅的1.0版本包括:轮椅,语音合成器,电机,控制器,电话答录机,液晶显示屏等。霍金在21岁时患了肌萎缩性侧索硬化症(ALS),也称运动元神经病,是一种无法治愈而且致命的疾病。患这种病后病人慢慢丧失运动能力,到后来甚至因为呼吸肌和喉部肌肉麻痹不能发音,并因此而不能说话,常在三五年后死亡,幸运的是霍金奇迹般地生存下来。

1985年,霍金因患肺炎做了气管穿刺手术,彻底丧失了说话能力,但是还有三个手指能活动。这时,美国加利福尼亚州一位名叫瓦特·沃尔托兹的电脑工程师为霍金设计了一个名为“平等器”的电脑程序,其中的文本文件是Word+。这个程序可以让霍金从屏幕上选择词汇,只要他按动手中的开关选择词汇后,就会转入语音合成器发出声音来。

后来,剑桥调节通讯公司的大卫·梅森又改进了这套设备,并安装在了霍金的轮椅上,使霍金“说话”的速度大大加快,每分钟可“说”出15个词,如果需要还可以把文字直接打印出来。

轮椅的2.0版本

2005年后,霍金彻底丧失了运动能力,连手指都不能活动了,这让他以前靠手指来操作轮椅上的电脑的方式完全失效,为此,英特尔的创始人摩尔设计了2.0版本的轮椅,让霍金能继续与外界交流,而且是通过交谈来实现。

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