【KK加速器】《光环》背后的“科学”和“不科学”
发布时间:2020-12-02 20:30:09

我们为何会在游戏中寻求真实?

几年前,在一次天文讲座散场之后,我和几个观众跑到饭店闲聊,话题从太空越扯越远,一直扯到最喜欢看的电影。作为在场的唯一一名学者,其他人对此很是期待:“您打算推荐什么纪录片?”“您最喜欢的经典电影是什么?”如此等等……但我的回答让他们失望了,当时我只说了一句:“在工作榨干了脑细胞之后,我只想看炫酷的爆炸场面。”

正是因此,我成了射击游戏的粉丝,其中最喜欢的莫过于Bungie出品的《光环》:它看上去就像是《环形世界(Ringworld)》和《异形》的集合体,其中前者是1970年代最经典的科幻小说,后者是我最喜欢的科幻大片。

《光环》中有大量彩蛋向《异形》致敬

其实,稍加注意就能发现,《光环》的世界观和剧情并非原创,它的灵感完全来自借鉴和拼凑。仅大致浏览一遍,就能看出《光环》向《异形》致敬的内容:士官长“秋风之墩”号上的讲话,明显照搬了《异形2》开头艾尔·亚彭中士(Sergeant Al Apone)激励下属的一幕;舰桥后方的公告版上有一张寻猫启事——猫的名字叫Jonesy,和《异形》中女主宠物的名字如出一辙。

但玩家并不关心这些。毕竟,他们需要的只是满足——通过成为虚拟世界的一部分,他们可以暂时摆脱日常琐事,并从中感受到某种不凡。由此催生了一个问题:开发游戏也好,体验游戏也罢,核心都是为了娱乐——既然如此,为何制作组会不厌其烦地丰富设定?为何关注细节的玩家随处可见?事实上,这就要从科幻作品自身说起——但凡好的科幻作品,往往要满足两个条件:1.它的想象力足够丰富2.其中所有的设想,都必须有科学逻辑作为支撑,只有这样,它们才能产生足够的吸引力。

这种情况就像是带领别人去探险,首先,你必须给他们开始行动的理由,如果想象力不够丰富,读者就根本不会为故事买账;看到脑洞大开的引子之后,他们肯定会怀疑,接着,你应该做的,就是想方设法告诉他们——这些设定其实有可能实现。带着好奇,也为了探索真相,读者会将探索进行下去,直到最后心悦诚服、恍然大悟,而这些就需要严密的设定。由此就形成了所谓的“代入感”。这也是为何如今“硬科幻”盛行,“太空牛仔”衰亡的原因,在内容、深度和代入感上,前者优势非常明显。

自身的独一无二,和对读者好奇心的巧妙利用,是“硬科幻”风靡的原因之一,其中一个例子就是去年很火的《星际穿越》

建造“光环”要拆掉半个地球!?

论设定的详细程度,《光环》在各个方面都名列前茅,其设定集、衍生漫画和故事集可以塞满一整个书柜。在其中,最有趣的部分莫过于“光环”自身,这种太空建筑不仅是“先行者”的实验室,还是关押洪魔的监狱和强大的星际武器。

这一概念来自1970年发行的小说《环形世界》,在设定中,作者拉里·尼文后来解释道:“这是种独特的太空建筑。我的设想是,围绕木星建造一条半径9300万英里、总长6亿英里的人造环带,如果我们有与木星重量相同的材料,就能令让这个环带达到1000英里宽、1000米厚,而且比其它太空建筑更牢固和稳定。”

拉里·尼文的“环形世界”和游戏中的“光环”,两者的不同首先在于尺寸(“光环”更小);此外,“光环”是围绕行星旋转的超级空间站,而“环形世界”则直接在一颗恒星的轨道上修建

如果对比上述两张图片,不难发现,“光环”几乎照抄了“环形世界”的设计。同时,依照官方设定,其直径为5000公里,宽度为320千米,面积为471万平方千米——接近美国领土面积的一半。有人也许会问,建造这么巨大的“光环”运用了什么材料,数量有多少?这个问题也困扰着小说家,通常,小说只会模糊地提到,太空飞行器都由重量轻、延展性好、甚至能自动产生推力的“特殊物体”修建。

官方小说《光环:致远星陷落》也采用了这种套路,在开篇,主角试图分析“04号设施”的成分,但得到的答案是“无法确定”。事实上,要想严肃地探讨“光环”的建造,必须将目光投向现实中的元素,就像是化学课上常提到的碳、铁、铝等,它们也是整个宇宙的物质基础。

建造“光环”的物质,最终还要从已知的元素中找

尽管构成无法得知,但可以肯定,要想确保“光环”的结构坚固,其成分至少要能维持稳定的固态,不仅如此,它们还要在宇宙中分布广泛,这样才能保证来源和开采。其原料的一部分可能是某种合金,其中包含铁和镍等元素,它们是类地行星内核的组成部分,而且在宇宙中非常常见。另外一种有潜力的物质是碳的复合物——比如用于国际空间站中碳纤维管和2004年之后开发出的石墨烯,它们重量很轻,而且拥有许多其它良好的物理特性。

于是我们可以做一个假设:光环的主结构既包含了碳的复合物,同时还有大量合金制造的零件和设备。其中前者的密度大约在1.75吨/立方米,铁的密度在7.85吨/立方米。不妨先将其先定为5吨/立方米。接下来,我们只需要从其尺寸入手,确定光环的体积。

直径5000千米,宽度320千米,厚度22.3千米,体积2.4亿立方千米:这些都是“光环”的原始设定,其体积相当于地球总体积的0.02%。此外,我们还假设了其大致密度——即5吨/立方米,据此,我们只差一个条件便能推导出重量:简单地说,就是“光环”中多少是纯粹的空间,又有多少是设备和结构?

  正如我们在游戏中看到的那样,“光环”上有广阔的空间供“先行者”居住,但同时也是一座超级武器和实验室。根据游戏中的画面,不妨假设其中70%是空旷的。通过体积(2.4亿立方千米)乘以密度,再乘以30%,我们能推算出“光环”的重量大约是3600万亿吨——这又是一个怎样的概念?一般认为,地球的重量是60万亿亿吨——“光环”的重量,其实大约与0.006个地球相等。

这也意味着,为建造一座光环,很可能改变一座星球的面貌。更令问题复杂化的是,并不是什么星球上的材料都能用于“光环”建造。比如说我们生活的太阳系,土星和木星其实是一团气体,要想开发利用很难,而地球、金星、水星等行星虽然拥有固态外壳,但能直接用于建造“光环”的材料也并不多,比如地核中的金属就很难利用。换句话说,用人类目前低下的生产力,需要将一个大陆的资源消耗殆尽,才能诞生如此惊人的工程——从这个角度说,“光环”的确是宇宙级别的建筑奇迹,“先行者”的文明水平也是我们无法企及的。

“极限星”的存在违背了宇宙定律!

我们再来说“光环”中的宇宙设定。在1代和2代中,一个比较著名的星球是“04号设施”所在极限星(threshold),它围绕着恒星Soell旋转,外观很像木星。事实上,有很多证据表明,极限星在设定上模仿了木星的参数:首先,它的直径(214604千米)恰好是木星的1.5倍,同时,其成分也和木星一样,都是氨气和氢硫化铵——这些细节都是开发者故意制造的,但弄巧成拙的是,在真实宇宙中,这样的星球其实几乎不可能存在。

木星已经代表了气态行星体积的极限,换句话说,比它质量更大的“极限星”,几乎不可能再以气态行星的形态存在

首先,木星已经代表了气态行星体积的极限,假如有体积是其1.5倍、成分相同的气态行星,其重量大约是3.8倍,在引力作用下,它的构成物质一定会不断向内坍缩,直到实现的最终“稳定”,在经过上述变化之后,其尺寸反而会比木星要小,并呈现出不同于木星的外观。

同样,假如极限星真的能以1.5倍于木星的体积存在,重量便不可能只是后者的3.8倍,而是20倍。这类天体被称为“褐矮星”,其质量在木星的12倍到84倍之间,如果再大,其内核就会出现聚变反应,进而“升格”为恒星。早在1960年代,这种天体的存在便被科学们预言过,但人类观测到它们的存在却是在1995年。这颗褐矮星后来被命名为Teide 1,质量是木星的55倍,但直径只有木星的两倍。如果靠近观察,它也不会像极限星那样呈现出棕色的外观,由于发出的可见光非常少,在宇宙中,这些褐矮星的存在几乎很难被肉眼察觉。

从左至右依次为:太阳、低质量恒星、褐矮星、木星和地球,其中褐矮星上的红色仅仅是为了让你看清楚它的存在而已……

对极限星来说,最有趣的不只是尺寸和颜色,而是它只有一颗卫星——基座星(Basis)。按照描述,基座星直径超过1万公里,体积与6.5个地球相等。目前,但凡观测到的气态行星,卫星通常比较小,数量则比较多:比如木星有36颗卫星,土星有48颗,这是由于它们远离恒星,且引力较强所致。唯一行得通的解释是,之前,其它卫星也许存在,但其中一部分在“先行者”建造“光环”中消耗掉了;而另一部分则因为影响“光环”的运转而被清理殆尽。

“光环”不怕小行星撞击吗?

在Installation 04上,先行者建造的人工智能“343引导者”会向你透露,这一太空建筑存在了101217年,这也意味着,在漫长的岁月里,它肯定有小行星和太空碎片撞击的风险。比如说美国的哈勃太空望远镜,从2002年升空至今,它在不到15年内就遭遇了近千次撞击,同样,作为空前绝后的人造天体,“光环”也不可能摆脱撞击的危险。

“光环”最致命的一次撞击恰恰来自“秋风之墩”号

颇具讽刺的是,其中最重的一次撞击恰恰发生在游戏中,为避免洪魔扩散,士官长遥控“秋风之墩”号与其同归于尽——既然“光环”并非坚不可摧,那么是什么保证了它的安全?对此,粉丝会告诉你是:在建造之初,“先行者”们就为它安装了保护力场。然而,无论在士官长的救生艇停靠时,还是最终被引爆时,这种力场都没有表现出来。

其实,唯一可能的解释是:“先行者”对极限星周围的轨道进行了清理,从而制造了一个安全的环境,这也可以说明为何极限星的卫星只有“基座星”一颗——然而,就在即将自圆其说的时候,开发商突然推翻了这一设定。

2009年,开发商Bungie在《光环故事圣经(Halo Story Bible)》中写道,基座星只是12颗卫星中的一颗,这就等于自己制造了悖论。不仅如此,如果分析基座星本身,也会发现不少奇怪的问题。

靠近准星的就是“基座星”

首先,作为行星的卫星,它太庞大了,直径达到了24838千米,是地球的两倍,这在宇宙中非常罕见。不仅如此,极限星之类的超级行星通常会释放能量。这里的还拿木星为例,如果地球人真能看见木星的磁力层,尽管距离比月球远了1700倍,但它看起来仍比满月大上5倍。如此庞大而密集的磁场产生了电子,让它们沿磁场线高速运动,其中一些电子甚至在运动过程中加速到光速,从而产生致命的辐射:假如有生物登上了木星最主要的卫星——木卫一,几分钟内就将因辐射死去。同样,像极限星这样的、由甲烷构成的行星,也会有类似的物理学特性。出于这个原因,《光环》第二部第6关原本计划发生在“基座星”上,但为了让设定符合科学常识,因此这一关最终改到了“极限星”周围的气矿附近。

不仅如此,和地球一样,木星及周围的卫星还暴露在另一种致命的粒子流之下,它就是太阳风。但幸运的是,地球磁场的存在——这些高能粒子在磁力作用下发生了偏转。从今天人类发射的空间站,到先行者的“光环”,要想保证安全,都需要用磁场对太阳风进行屏蔽。由于电线绕一圈能产生磁场,因此这不是什么尖端技术。真正的挑战在于,如何让磁场遍布“光环”471万平方千米面积的每一个角落。想想把美国铺满电线的景象,仅这一点就让人不寒而栗。

在《光环》上,子弹不按直线飞行?

在介绍了“光环”所处的宇宙之后,我们进入下一个问题:“光环”上有着怎样的重力情况?在故事发生的2550年代,人类则要借助太空船的旋转,用离心力模拟重力——与星盟的人造重力技术相比,后者可谓相当原始,但耐人寻味的是,它也是“光环”上的重力来源。

这一设定并不是因为“先行者”们决策失误,而是制作组在向《环形世界》致敬,在一篇阐述设定的文章中,作者拉里·尼文做了这样的解释:“(与其它太空建筑相比),建造环形世界还有不少好处:只要保证高速旋转,它就能用离心力制造出与地球相同的重力。”在设定中,“光环”的重力水平与地球非常接近,即9.8G,而对这座直径5000千米的太空建筑来说,要实现这一点,需要其转速达到11.2千米/秒,每1小时15分钟就要自转一次,每天要旋转19.2次。

由于“光环”上有模拟引力,因此从理论上说,上面不少物理现象都与地球相似。然而,为了刻意展示“外星环境”,《光环》游戏中出现了不少穿帮的场景。《光环:战斗进化》第二关中,有这样一个场面,瀑布上的水呈钝圆的轨迹落向地面,这一点违反了科学原理。

绿色抛物线为“光环”上的水滴下落轨迹

在上图中,展示了在相同的情况下:一滴水在地球和“光环”上落地的轨迹。在这里,我们假定瀑布有305米高,且水流的流向与光环的自转方向相同,不难发现,水的落点只会比地球偏两米——观察者几乎感受不到其中的区别。

左侧和右侧分别为:向“光环”自转相反和相同方向开火时,一枚炮弹的飞行弹道

但在同样的环境下,远程武器受到的影响无疑更大。让我们假设一辆“天蝎”坦克发射了一枚超高速炮弹,在地球上,无论发射方向如何,这枚炮弹都将沿一条相同的轨道飞行,但“光环”上情况就不同了。在上面展示的,正是在假定在引力与地球相近的“光环”上,一枚炮弹的飞行轨迹,假定其炮口初速是1000米/秒,红、绿、蓝、黑四条线段分别展示的是炮口仰角为30、45、60和90度时炮弹的飞行弹道。其中,右半部分展示的是开炮方向与“光环”自转方向相同时的情况,而左半部分展示的是与“光环”自转方向相反时。此时,我们可以看到,和地球的情况不同,炮弹在垂直射入天空后并没有坠向原地——在快速自转的作用下,它落在了18公里外的地方。同样,炮弹朝不同方向发射,也将拥有不同的飞行轨迹:假如朝与光环自转相同的方向开火,炮弹将获得更高的发射速度,但射程更近;如果相反,其飞行速度将变慢,但射程会变远。

幸运的是,《光环》中大多数战斗都发生在近距离,且采用的是高能粒子武器,它们基本不会受到离心力的影响。

这种情况下,只有计算机能根据“光环”自转的速度和开火方向等数据,推算出正确的弹道。这些在《光环》的设定中也有所展现。游戏第一部中,士官长的突击步枪上就有一个类似罗盘的装置,指针指向极限星(但其实指向“光环”的自转方向更合适些)。在光环的自转方向确定的情况下,步枪上的微处理芯片很容易根据相关数据,计算出正确的瞄准方向和子弹落点。

步枪瞄准镜上的箭头指向了极限星

人类无法驾驶飞船靠近“光环”?

假如你驾驶宇宙飞行器,该如何与“光环”对接?然而,按游戏的设定,即使有计算机的辅助,你想靠上光环都非常困难。以04号光环为例,它首先在以每小时超过20000公里的速度围绕极限星运动;同时,为制造人工引力,它又在以11.2千米/秒(即40320公里/小时)的速度自转,这需要一系列复杂的对接程序。不仅如此,操纵者还要面对另一个危险因素——它就是“光环”表层的空气。

救生艇能在“光环”上的“硬着陆”其实是不幸中的万幸……

拉里·尼文对“环形世界”的描述是:“环形世界甚至不需要屋顶,只要让墙达到几千英里的高度,并且对准太阳,那么将不会有空气从边缘泄露,同时将保障所有人的生活。”而“光环”的设计也与之相似。为确保顺利着陆,飞行器必须以每小时超过20000公里的速度不断靠近,但这意味着,当其切入光环内部的空气时,遭遇的空气阻力会转化成热能,同时还会遭到各种气流扰乱,考虑到士官长的救生艇导航设备可能不全,它能在“光环”上着陆实在是一种奇迹。

最后的话

由于篇幅所限,本文只能到此结束,但需要坦承的是,其中的内容,不过是天文学与物理学的冰山一角而已。从武器设定到自然景观,《光环》的知识足以写一本书,它们体现于不经意中,却无时无刻不蕴藏着深刻,而这也正是科学的神奇之处。

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