本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点
如果你本周去电影院观看了最新一部的《星际迷航》,你就会看到一艘受损的企业号星舰像流星一样从天而降,笼罩在未来的旧金山之上。对于柯克舰长来说,除非有人修复它,否则飞船瘫痪的曲速核心意味着船员们厄运难逃。他本可以动用一支缓步动物军团。
[**剧透警告**,下文包含剧透]
在《星际迷航:暗黑无界》的后半段,企业号的船员成功击退了军事化的“杀手企业号”的攻击,但严重受损的曲速核心使他们急速坠向地球。现在他们身处引力的控制之下,唯一能从重返大气层中幸存下来的方法就是重新调整核心(一个真实存在的地方)。柯克挺身而出。冒着辐射浴,柯克牺牲自己以拯救他的船员。进入核心后几分钟内,柯克死于致命剂量的辐射,这与之前《星际迷航》的经典剧情形成了巧妙的角色反转。
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辐射具有无形的致命性,但辐射的来源和剂量至关重要。柯克到底承受了多少辐射?有没有哪种生命形式可以做得更好?辐射暴露和抵抗力的差异可能意味着来自“老骨头”的握手和一个充满泪水的瓦肯举手礼之间的差别。
辐射之怒
在经典的《星际迷航》设定中,企业号的核心是曲速核心,能够以超光速——比光速还快——的速度推进飞船。为了满足能量需求,核心利用了正反物质湮灭。正如爱因斯坦在他的著名方程式 E=mc2 中阐述的那样,即使是少量物质也蕴含着巨大的能量。虽然这个方程式也表明,要实现超光速飞行,你需要无限的能量——这使得超光速旅行成为不可能——但《星际迷航》通过利用曲速核心产生的能量来弯曲飞船周围的空间,从而绕过了这个问题。这种时空弯曲避免了时间膨胀的危险。如果不能弯曲空间,以光速或超光速旅行可以让你到达目的地,但宇宙的其余部分可能会在你发出“前进”指令后不久就衰老40年。曲速引擎是宇宙通勤的关键组件,并且实际上可能可以制造出来。
如果企业号的曲速引擎使用正反物质爆炸来提供动力,那么容纳引擎的舱室很可能充满了破坏的残余物——亚原子粒子,如介子和电磁辐射,以伽马射线的形式存在。除非他有布鲁斯·班纳那样的好运,否则柯克大量暴露在伽马射线中意味着他可能还不如穿着红色星际舰队制服进入核心。
与手机和微波炉发出的低能量辐射不同,伽马射线位于电磁频谱的极高频端。事实上,构成伽马射线的高频光子具有足够的能量将你体内原子中的电子、质子和中子撞出原位。这种电离你身体分子汤的过程使高能辐射如此危险。这就像一场致命的“红灯绿灯小白人”游戏,高能辐射猛烈撞击你的分子链,将一些分子从链中解放出来。将足够多的电子甚至整个原子从身体中撞出原位会导致各种问题,从浅表皮肤烧伤和损伤到癌症。
你一直都在接触电离辐射——来自胸部 X 射线、眼镜(含有钍)甚至来自太空——但我们大多数人从未像柯克在《星际迷航:暗黑无界》中那样经历过单次大规模暴露。我们从头部 CT 扫描中吸收约 0.01 戈瑞(能量吸收的单位,每千克物质吸收多少焦耳,缩写为 Gy),但单次暴露于 10 戈瑞的辐射会导致广泛的细胞死亡和突变,你的死亡将在两周后到来。
但在影片中,从柯克进入曲速核心到他向史波克致以最后的瓦肯举手礼,仅仅过去了数分钟。30 戈瑞——相当于一次性接受 3000 次 CT 扫描或在切尔诺贝利事故核心旁站立 5 分钟——就足以在暴露三天内杀死你。没有任何数据表明多少辐射会在几分钟内杀死你,因为辐射致死是一个缓慢的过程。一旦足够多的原子和分子被撞出原位,你的内脏就会在辐射的侵蚀下,走向疯狂和毁灭,这只是时间问题。
因此我们可以推断,无论柯克最终暴露于多少辐射,都一定高于 30 戈瑞。这将解释他在结尾附近的恐惧和困惑,因为这些都是辐射病的常见症状。虽然柯克的最终行为是英勇的,但他却忽略了一个强大的盟友,这个盟友本可以毫发无损地拯救企业号——那就是不起眼的水熊虫。
缓步动物的难题
水熊虫,或称缓步动物,是微小的极端微生物,能够在最恶劣的条件下生存。它们可以承受长达十年的完全脱水、马里亚纳海沟底部的压力以及略高于绝对零度的温度。也许最令人印象深刻的是,这种毫米长的生物能够承受比大多数其他哺乳动物和昆虫——甚至蟑螂——高出数千倍的辐射。
水熊虫能够经受住高能粒子流的冲击,可以承受 5000 戈瑞的辐射而不会像柯克舰长那样死去。这些小动物可以在切尔诺贝利周围悠闲地散步而毫无感觉。水熊虫的抗辐射能力是我们自身的一千多倍,它们在暴露后有效修复其 DNA 的能力应该使其成为星际舰队的最新成员。
当然,要修复曲速核心并拯救企业号,柯克需要一支由万亿只具有感知能力的水熊虫组成的军队。即使这些小家伙可以毫发无损地完成任务,但在这个数量级上,史波克可能会反对,因为众人的需求将大于少数人的需求。即使水熊虫军队失败了,这些顽强的生物仍然会比企业号的船员活得更久。一群水熊虫在真空太空和致命的太阳辐射中存活了整整十天,然后毫发无损地返回地球。
科幻小说中已经出现过更奇怪的事情。
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图片来源:国家点火装置的预放大器,作者:劳伦斯利弗莫尔国家实验室