《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?


3樓貓 發佈時間:2024-04-29 19:46:58 作者:天涯意焱 Language

本期書評書籍《球狀閃電》相關文章導讀:《三體》| 前無古人的中國科幻巔峰

寫在前面

突然之間發現,自己已經太久沒有靜下心來讀完一本書了,雖然是因為開始工作之後被大量壓縮的時間,讓我實在難以抽出精力來完成太多想做的事,只能用有限的精力儘可能偏向於遊戲評測的創作。

但早些時候同我的好朋友Yui聊天的時候他跟我說到,對於創作者而言,輸出自己的觀點與內容固然重要,但更多通過輸入來充實自己更是一門必修課。這句話可謂是點醒了我,雖然這些年我的知識輸入方式已經由傳統書籍轉換成了不少知識密度同樣不低的中長視頻,但正所謂“開卷有益”,傳統書籍的閱讀方式,以及書中內容的觀點與內容輸入,仍是無法被取代的。

所以,我終於再一次撿起了被塵封許久的《中國科幻基石叢書》系列,繼久遠的《三體》之後,拜讀了劉慈欣的《球狀閃電》——在我成為一位觀點更成熟並且自己也創作的讀者之後,重新閱讀頂級作者的作品,帶給了我相較過往遠不一樣的體驗。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第0張

更何況,《球狀閃電》本身也同樣是一部頗具魅力的作品,雖然相較於大劉創作巔峰的《三體》,這部作品會略顯簡陋,但其中涉及的科幻部分可謂完美切中了我的暢想,以更硬核的知識展現了屬於量子的獨特美學,如果僅從科學幻想的角度出發來看的話,《球狀閃電》無疑要更勝一籌。

因此,在讀完《球狀閃電》後,我也同樣想同諸位聊下我的感想,以我的理解解讀自然界無可匹敵卻令人神往的力量。

(圖源網絡,侵刪)

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第1張

一、何謂“球狀閃電”

在講大劉對於“球狀閃電”的理解與設定之前,我們首先應當瞭解現階段人類對於球狀閃電的追尋與探究。

球狀閃電其實並不算太過罕見,這種神秘的“滾地雷”通常誕生於雷暴之中,能夠在近地的空中隨氣流起伏或逆風飛行,同時以多彩的光芒昭示其致命的危險性。

也因此,這種看似寧靜實則狂暴的造物並不會像很多觸發條件苛刻的現象那般難以觀測,事實上,人群中大約有百分之一的人會聲稱自己目擊過“球狀閃電”,1000年前的古人也同樣對其留有記載——它像是詭異的幽靈,飄忽不定卻總是會時不時刷上一波存在感。

之所以將球狀閃電稱之為幽靈,原因也並不複雜。

一是因為雖然觀測到這種現象的人並不在少數,但直到2012年才有蘭州西北師範大學的研究人員在青海省繪製輻射地圖時意外間記錄下了這個詭異的造物——令人多少有些驚訝的是,這是人類首次對自然界的球狀閃電完成科學記錄。由此可見,球狀閃電的出現幾乎沒有確定的規律,研究者無法預測這種現象的發生時機與條件。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第2張

二是因為,球狀閃電的實際成因以及其構成至今也仍是科學界的謎團,由於其狂暴的力量和飄忽不定的出現條件,研究人員很難將其捕獲或通過實驗產生。再加之球狀閃電的存在時間比較短暫(短則數秒,長則一兩分鐘),即便偶然觀測到這種現象,研究者也極難在如此偶然且短暫的窗口中藉助有效的儀器對其深入研究。從其形成機制研究的角度來說,球狀閃電同樣稱得上是一個幽靈。

所以,現階段科學界對於球狀閃電的形成機制也是眾說紛紜,目前也基本都只是各類假說:有認為球狀閃電是由於枝狀閃電(也就是常見的“渡劫”閃電)發生時,將水汽分解形成氫氧氣團,並在之後由氫氧氣團重新化合過程中釋放能量產生光和爆炸形成的;另一種傳統說法則認為,球狀閃電是一種旋渦狀高溫等離子體,依靠高速旋轉產生的向心力與外部大氣壓達成平衡從而保持一定時間的穩定形態。此外,像是微波激射-孤立子理論,以及與“水汽分解”理論稍有相似的汽化硅假說同樣有一定的論據支撐。

正是由於球狀閃電的成因至今仍是科學界的一個謎團,所以曾有幸目睹過這個“幽靈”的劉慈欣也能有更大的發揮空間來將球狀閃電以科幻的形式給出另一種“答案”,他沒有選擇依照現有的理論進行延伸,而是提出了另一種更加天馬行空的假說——球狀閃電的本質是“宏電子”

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

二、何謂“宏電子”

對絕大部分接受過基礎教育的朋友們來說,電子顯然並不陌生:它是物質的基本構成單位之一,帶負電荷,同時由於其身為微觀粒子,它也遵循波粒二象性原理與不確定性原理。

這些屬於電子的基本性質中,最有趣的自然是其身為微觀粒子所展現出的未知性,因為它並不遵循宏觀世界的各種基本運動準則,人類無法僅憑肉眼觀測到它的存在以及運動軌跡,同時它還能呈現出很多“量子”的表現形式,這便使得人類對於它的觀測會具有非常特殊的意義。

因此,在講《球狀閃電》中設定的“宏電子”之前,我們也必須簡單瞭解電子的一個重要現象——觀測。而如果想要理解電子的特殊性,則也繞不開現代物理學的兩大理論支柱之一的量子力學。

相信絕大部分閱讀此文的朋友都熟知量子力學中一個經典的思想實驗——薛定諤的貓

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

雖然我的朋友林大貓可能並不那麼情願,但我姑且先把他抓來做個演示實驗:我們將他放置到一個不可觀測的盒子中,同時這個盒子裡存在放射性物質以及可以因放射性物質衰變而觸發的毒氣裝置。

此時便可能會產生兩種情況:有50%的概率放射性物質會發生衰變,從而導致毒氣的釋放,進而使得我們敬愛的大貓一喵嗚呼;但也有50%的概率這些決定命運的放射性物質並不會衰變,大貓可以順利存活。

於是有趣又違背邏輯思維的現象便發生了:在觀測者真正打開盒子之前,觀測者將無法得知大貓的存活狀態,於是大貓便處於“既死又活”的疊加態;而唯有當觀測者打開盒子觀測之後,大貓的狀態才會坍縮成一個確定的結果

這個在宏觀世界中很難以邏輯思維理解的實驗,實際上很好地反映出了微觀世界的特性,也將微觀不確定原理變成了宏觀不確定原理——也就是,除非進行觀測,否則一切都是不確定的

但不理解這個實驗的結論也沒有關係,我們只需要知道結論本身即可。因為我們需要的是從這個結論進行推演,以設想出微觀粒子放大到宏觀世界中可觀測的“巨大”尺寸時,它有可能會呈現出什麼特性——而這便是書中“宏電子”設定的基礎。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

劉慈欣在《球狀閃電》中對於宏電子的一部分設定是這樣的:它在宏觀狀態下雖然沒有實體,但是卻可以通過折射可見光的方式觀測到,其本身也以“空泡”的形式而存在。當它被雷電激發至激發態後,它便會成為量子態的“球狀閃電”,此時由於不確定性原理,它的位置只能用概率來進行描述。唯有當周邊存在觀察者時,它才會從量子態變為可見且位置確定的坍縮態——也就是那些能夠被觀測到的“球狀閃電”

這一設定的精巧之處在於:宏電子遵循了微觀粒子和電子本身的特性,即便其在宏觀世界中可被觀測到,它的位置在激發態下仍然只能以概率來描述,這完美解釋了球狀閃電為何行蹤如此詭異而觸發條件又如此苛刻。

但如果此時有觀察者(這個觀察者不一定需要是人類或者生物,它也可以是正在監視的衛星、正在拍攝的攝影機,只要觀察這一目的或行為成立,那任何物品都可以成為觀察者)觀察到了被激發的宏電子,那它便會坍縮從而呈現出波的規律性,進而可在被觀察階段持續存在。而又由於此時的球狀閃電是以波的形式存在的,它也可以同合適的目標物體發生共振,進而使共振的物品或生物也成為量子態(此時的物品或生物,便處於跟“薛定諤的貓”一樣的既存在又毀滅的疊加態),同時使得TA的整體在宏觀世界不再可被觀測(如果被觀測到,便會坍縮成分散的量子)。

有趣的是,球狀閃電的共振還具有選擇性(以不同的頻譜進行選擇),它可以在不傷及其他物品的情況下使特定目標變為量子態。而這一點設定同樣在一定程度上基於了現實中球狀閃電的特性:在一些目擊案例中,球狀閃電可以穿越開著的門窗或者煙囪進入室內。

最後,宏電子同樣呈現出了電子本身的性質:它帶有負電荷,因此可以被特殊裝置捕獲並儲存,也同樣可以被磁場所偏轉。這使得人類擁有了干預並利用宏電子的可能性。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

三、幻想中盛放的“量子”之花

初步理解了“宏電子”的基本設定以及各種有趣的特性,我們便可以探究《球狀閃電》在矛盾卻又統一的量子力學之上展示了何種殘酷卻又浪漫的美學

敏銳的讀者肯定能夠察覺到,球狀閃電本身是非常適合用於被改造成武器的。因為它的共振目標存在選擇性,它可以在不傷及人類的情況下,將各類半導體元件轉化成量子態,從而直接癱瘓各種依賴電子化產品的現代戰爭機器,以極小的代價實現對敵方重要軍事目標的精確打擊。

於是,故事中多位因目睹球狀閃電而與其“結緣”的角色,也都在尋找它和改造它的道路上一去不復返。

書中的主人公陳博士便是最典型的代表,他在童年生日當天目睹了自己的雙親被闖入屋中的球狀閃電“殺害”,只留下了一地白灰。在此之後,這個神秘的現象便成為了他的夢魘以及執念,他執著於氣象學的研究,試圖再次追蹤到這個神秘的幽靈。

在此期間,他遇到了與他經歷相似的導師——張彬,張彬和他的妻子鄭敏在目睹過球狀閃電後便被其神秘且致命的魅力所吸引,但鄭敏卻在再一次目睹球狀閃電時因企圖捕獲它而同樣被“殺害”。起初,張彬並不願意向主人公透露這段過往,因為他在妻子離開後數十年內對球狀閃電的苦苦追尋始終沒有結果,各種數學模型和理論都無法合理解釋這個神秘幽靈的存在,他並不想自己的學生踏上同樣的不歸路。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

但執念的力量是強大的,尤其是一個人見證過球狀閃電神秘莫測的威力之後。於是當主人公遇到同樣對球狀閃電饒有興趣的林雲少校(林雲的父親是位高權重的將軍,因此她擁有諸多特權)時,這種瘋狂的念想更是一發不可收拾。

彼時的主人公不知道的是,林雲其實並非是對球狀閃電本身感興趣,由於她幼年時母親在越戰中被新式武器殺害的特殊經歷,使得她對武器本身有了一種糾結的情感,而當她在成長過程中頻繁接觸到槍械後,她對武器的美學認知甚至上升到了哲學的高度——她認為,利用球狀閃電製成的武器,足以在很大程度上滿足她對武器的另類渴望。

探尋球狀閃電背後的秘密並不容易,主人公和林雲造訪過西伯利亞冰封千里的荒原,推演過無數存在可能性的數學模型,與狂暴的雷電之力進行過無數次周旋,但這個詭異的幽靈始終不曾展現過它背後的秘密。

直到最頂尖的物理學家丁儀(這位大咖同樣在《三體》中登場過,那句“傻孩子們,快跑啊!”便出自他之口)受邀加入團隊之後,球狀閃電才在這位天才的苦思冥想之下被堪破了秘密——它是難以被發現的、被激發的宏電子。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

至此,球狀閃電的武器研製終於步入了正軌,但籠罩在所有研究人員的心頭上的,仍是無法散去的陰霾:由於宏電子本身帶電荷的特性以及被激發形成球狀閃電後所具有的不確定性原理,這件武器存在兩個限制,第一個限制便是當球狀閃電被髮射後,必須全程有觀察者存在才能保障其能夠處於“可控”的坍縮態,從而發揮其真正的威力,否則便會同幽靈一般消失;第二個限制則是,球狀閃電遵循物理定律,能夠被磁場偏轉,進而實現對這件致命武器的“屏蔽”。

第一個問題雖然可以解決,但顯然大大限制了這件武器在戰場上的有效打擊範圍,而第二個堪稱致命的問題,卻足以令這件武器失去其絕大部分的存在意義——於是,當它早已被敵人察覺之後,它的首次戰鬥便幾乎宣判了它的死刑。

即便丁儀、林雲以及研究團隊並未放棄,他們依託宏電子的存在找到了宏原子,並在量子化的鄭敏的幫助下,探明瞭它作為量子武器更強大的潛力:通過讓兩個宏原子核以特定速度碰撞,可以觸發宏原子核聚變,可以憑藉同樣的目標選擇性更有效地打擊敵方的電子設備,並且不再能夠被磁場所防禦。但深知自己女兒已經陷入執念的林父最終決定以強硬的命令叫停這項研究。

備受打擊的林雲最終在項目最終被裁撤前做出了一個瘋狂的決定,她強行啟動了宏核聚變,在眩目的聚變光芒中成為了量子幽靈。而宏核聚變展現出了超越預期的驚人威力:它讓三分之一國土範圍內的所有半導體設備化為了灰飛,這雖然讓這一大片國土喪失了防禦能力,卻同樣以驚人的威力震懾了敵人——畢竟如果相同的宏核聚變再發生兩次,便可以讓全人類退回到農耕時代。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

於是,林雲最終以一種獨特且瘋狂的方式終結了這場戰爭,她痴迷於武器,也湮滅於她畢生的追求。她成為了量子世界中觸不可及的幽靈,為所有人奉上了幻想中的量子玫瑰。

主人公、林雲和丁儀會後悔他們對於球狀閃電的追求嗎?我想他們並不會。因為這些致命的宏電子在宏觀世界中全方位揭露了微觀世界的神秘面紗,將“量子”的美學闡述得淋漓盡致。而他們也都是困於執念之中的尋路者,唯有不斷探究真相,方才能讓他們獲得最終的解脫:對於主人公而言,那是對球狀閃電的“復仇”;對於林雲而言,那是闡釋武器終極形態的熾烈渴望;對於丁儀而言,那是舍卻感性、追求真理的無盡旅途。唯有走到道路的最盡頭,方才能最終讓他們釋懷——即便湮滅於人世間。

我想,用全書的最後一段話為這部分做個結尾,同樣是最合適的:

當我走到人生的盡頭,當我在彌留之際最後一次睜開眼睛,那時我所有的知性和記憶都消失在過去的深淵中,又回到童年純真的感覺和夢幻之中,那就是量子玫瑰向我微笑的時候。

《球狀閃電》是如何在宏觀世界中闡釋『量子』之美的?-第3張

四、結語

讀完《球狀閃電》之後,我的感觸是非常獨特的,因為這部作品選材的角度真的非常精妙,它不像儒勒·凡爾納作品中的那些幻想一般已經被科學的飛速發展所碾壓,也不像《三體》等作品一樣聚焦於浩瀚星宇與殘酷的宇宙社會學。它選擇了以相對硬核卻沒有超脫太多人理解範疇的量子力學的基礎知識為基底,以合理卻奇妙的方式闡述了宏觀世界與微觀粒子的奇妙連結,既沒有讓我覺得晦澀難懂不知所云,也用邏輯相對縝密的設定將我曾經的幻想化作了文字。

是的,我也曾暢想過自己所處的宇宙可能會是另一個更加龐大的“宏原子”,但我從未思考過這般龐大的宏原子該以怎樣的形式合理存在,也沒有思考過當它呈現在我們所處的“宏觀世界”中時,又會展現出怎樣的奇妙特性,但大劉都思考過了,並且將這些暢想以“球狀閃電”為依託,給出了一個冷酷且浪漫的解讀。

雖說在“宏原子”設定的尺度上,《球狀閃電》所描述的與我自己所想的仍有極大的差距,但這種玄妙的設定依舊折服了我,並讓我感觸良多。或許正如大劉自己在後記中所寫的那樣,科學幻想其實並不一定會成為現實,但透過這些幻想所呈現出的思考同樣極富意義——這是我最初愛上科幻小說的理由,也是我時隔許久再次深刻領悟到的科學之美

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