本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定代表《大眾科學》的觀點
如果你本週去電影院觀看了最新一部的《星際迷航》,你就會看到一艘受損的企業號星艦像流星一樣從天而降,籠罩在未來的舊金山之上。對於柯克艦長來說,除非有人修復它,否則飛船癱瘓的曲速核心意味著船員們厄運難逃。他本可以動用一支緩步動物軍團。
[**劇透警告**,下文包含劇透]
在《星際迷航:暗黑無界》的後半段,企業號的船員成功擊退了軍事化的“殺手企業號”的攻擊,但嚴重受損的曲速核心使他們急速墜向地球。現在他們身處引力的控制之下,唯一能從重返大氣層中倖存下來的方法就是重新調整核心(一個真實存在的地方)。柯克挺身而出。冒著輻射浴,柯克犧牲自己以拯救他的船員。進入核心後幾分鐘內,柯克死於致命劑量的輻射,這與之前《星際迷航》的經典劇情形成了巧妙的角色反轉。
關於支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道: 訂閱。透過購買訂閱,您將有助於確保未來能夠繼續講述關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。
輻射具有無形的致命性,但輻射的來源和劑量至關重要。柯克到底承受了多少輻射?有沒有哪種生命形式可以做得更好?輻射暴露和抵抗力的差異可能意味著來自“老骨頭”的握手和一個充滿淚水的瓦肯舉手禮之間的差別。
輻射之怒
在經典的《星際迷航》設定中,企業號的核心是曲速核心,能夠以超光速——比光速還快——的速度推進飛船。為了滿足能量需求,核心利用了正反物質湮滅。正如愛因斯坦在他的著名方程式 E=mc2 中闡述的那樣,即使是少量物質也蘊含著巨大的能量。雖然這個方程式也表明,要實現超光速飛行,你需要無限的能量——這使得超光速旅行成為不可能——但《星際迷航》透過利用曲速核心產生的能量來彎曲飛船周圍的空間,從而繞過了這個問題。這種時空彎曲避免了時間膨脹的危險。如果不能彎曲空間,以光速或超光速旅行可以讓你到達目的地,但宇宙的其餘部分可能會在你發出“前進”指令後不久就衰老40年。曲速引擎是宇宙通勤的關鍵元件,並且實際上可能可以製造出來。
如果企業號的曲速引擎使用正反物質爆炸來提供動力,那麼容納引擎的艙室很可能充滿了破壞的殘餘物——亞原子粒子,如介子和電磁輻射,以伽馬射線的形式存在。除非他有布魯斯·班納那樣的好運,否則柯克大量暴露在伽馬射線中意味著他可能還不如穿著紅色星際艦隊制服進入核心。
與手機和微波爐發出的低能量輻射不同,伽馬射線位於電磁頻譜的極高頻端。事實上,構成伽馬射線的高頻光子具有足夠的能量將你體內原子中的電子、質子和中子撞出原位。這種電離你身體分子湯的過程使高能輻射如此危險。這就像一場致命的“紅燈綠燈小白人”遊戲,高能輻射猛烈撞擊你的分子鏈,將一些分子從鏈中解放出來。將足夠多的電子甚至整個原子從身體中撞出原位會導致各種問題,從淺表皮膚燒傷和損傷到癌症。
你一直都在接觸電離輻射——來自胸部 X 射線、眼鏡(含有釷)甚至來自太空——但我們大多數人從未像柯克在《星際迷航:暗黑無界》中那樣經歷過單次大規模暴露。我們從頭部 CT 掃描中吸收約 0.01 戈瑞(能量吸收的單位,每千克物質吸收多少焦耳,縮寫為 Gy),但單次暴露於 10 戈瑞的輻射會導致廣泛的細胞死亡和突變,你的死亡將在兩週後到來。
但在影片中,從柯克進入曲速核心到他向史波克致以最後的瓦肯舉手禮,僅僅過去了數分鐘。30 戈瑞——相當於一次性接受 3000 次 CT 掃描或在切爾諾貝利事故核心旁站立 5 分鐘——就足以在暴露三天內殺死你。沒有任何資料表明多少輻射會在幾分鐘內殺死你,因為輻射致死是一個緩慢的過程。一旦足夠多的原子和分子被撞出原位,你的內臟就會在輻射的侵蝕下,走向瘋狂和毀滅,這只是時間問題。
因此我們可以推斷,無論柯克最終暴露於多少輻射,都一定高於 30 戈瑞。這將解釋他在結尾附近的恐懼和困惑,因為這些都是輻射病的常見症狀。雖然柯克的最終行為是英勇的,但他卻忽略了一個強大的盟友,這個盟友本可以毫髮無損地拯救企業號——那就是不起眼的水熊蟲。
緩步動物的難題
水熊蟲,或稱緩步動物,是微小的極端微生物,能夠在最惡劣的條件下生存。它們可以承受長達十年的完全脫水、馬裡亞納海溝底部的壓力以及略高於絕對零度的溫度。也許最令人印象深刻的是,這種毫米長的生物能夠承受比大多數其他哺乳動物和昆蟲——甚至蟑螂——高出數千倍的輻射。
水熊蟲能夠經受住高能粒子流的衝擊,可以承受 5000 戈瑞的輻射而不會像柯克艦長那樣死去。這些小動物可以在切爾諾貝利周圍悠閒地散步而毫無感覺。水熊蟲的抗輻射能力是我們自身的一千多倍,它們在暴露後有效修復其 DNA 的能力應該使其成為星際艦隊的最新成員。
當然,要修復曲速核心並拯救企業號,柯克需要一支由萬億隻具有感知能力的水熊蟲組成的軍隊。即使這些小傢伙可以毫髮無損地完成任務,但在這個數量級上,史波克可能會反對,因為眾人的需求將大於少數人的需求。即使水熊蟲軍隊失敗了,這些頑強的生物仍然會比企業號的船員活得更久。一群水熊蟲在真空太空和致命的太陽輻射中存活了整整十天,然後毫髮無損地返回地球。
科幻小說中已經出現過更奇怪的事情。
—
圖片來源:國家點火裝置的預放大器,作者:勞倫斯利弗莫爾國家實驗室