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反重力的「異想理論」:淺談遊戲和科學的重力

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PSVita 上曾發售一款十分特殊的動作遊戲《重力異想世界(GRAVITY DAZE 重力的眩暈:上層への帰還において、彼女の内宇宙に生じた摂動)》。在這遊戲內,玩家可以操作一位少女無視重力,自由地在空間中飛舞移動,上下四方。遊戲利用了 PSvita 的高效能與觸碰面板,營造出一個全新的感官世界。類似題材作品也還不少見,例如《重力效應(Inversion)》主打時間和空間的扭轉。

遊戲好壞見仁見智,但本作品確實具有高度的創新性,尤其利用掌機的隨身性和六軸系統,對後來的許多 3D 遊戲都有一定的影響。此外,更讓筆者想到,在許多動漫作品與電玩遊戲中,重力似乎都成為一個「對抗」的要素。仰望星空,感受自身的渺小;俯瞰大地,羨慕飛鳥的羽翼。重力,就像是與生俱來的原罪與枷鎖,把人類牢牢地緊黏在土地之上。

在鋼彈中,居住在地球上的人類與宇宙殖民者展開了漫長的戰火與無盡怨恨,其中一個認知的分水嶺 便是那些被重力束縛的靈魂,限制了人類的可能性與視界。我們也不禁聯想到,幾乎全身癱瘓的著名的物理學家霍金(Stephen William Hawking)曾在美國太空總署的協助下,使他感受到脫離輪椅、自由漂浮的意識在。

Physicist_Stephen_Hawking_in_Zero_Gravity_NASA

在《七龍珠》或是當代的少年漫畫中,主角們都能自由的停駐空中;傳統的中國武俠小說內,輕功更是眾多高手的必修技巧,務必能騰空急行,來去如影;希臘羅馬神話中,飛翔也是永恆的命題,所以導致了悲劇的產生;古往今來的許多文學,似乎在說明對抗重力和渴望飛翔是自古以來的終極夢想;然後砸了牛頓的蘋果,又把這件事往上推了一層,賦予了後來的科學兩字。

在本文中,筆者試圖在這篇文章中討論一個很簡單的概念:歷代以來許多科學家如何試圖透過什麼方式來改變重力,進而達成另外一種對於質量的控制。科學上的對抗重力或許不像 ACG 作品中的解放靈魂具有同等命題;若要脫離重力,一個很簡單的方式就是離開地球,抵達重力約束圈之外便可以享受純潔的自由。但今天筆者所要談的並不是這種略帶「逃避」的一了百了作法,而是在重力的影響限制中,人類要如何反抗重力,人定勝天的宿命呢?

 

Part I

首先,「反重力理論」本質上是一個SF小說內創造出來的概念,或許最早將其創作出來的是著名科幻小說家喬治威爾斯(Herbert George Wells)在 1901 年出版的小說《The First Men in the Moon》。Wells 1901 - The First Men in the Moon

在這本小說中,劇情描述主人公貝德福德和朋友凱沃二人乘坐一種特殊裝置到了月球。他們在月球上發現了奇妙的動物與大量的黃金,甚至還有已經建構高度文明社會的月人。主角透過無線電向地球報告他們的調查結果,但是月人社會如同地球一樣,充滿意識型態對立與各種戰爭,最後小說主角死於月人手上。

這樣的題材並不陌生,反應了該科幻小說對於月球的幻想以及現實國家社會的投射。19/20世紀之交是各種無政府主義、暗殺活動與社會抗爭的激烈時代,更是今天所謂「科學實證」與「魔法迷信」認知界線的關鍵轉換期,請您不妨參考筆者在下面的索引,而當時對於月球的延伸想像更是科幻小說的重要題材。

與喬治威爾斯齊名的科幻小說之父儒勒凡爾納(Jules Gabriel Verne,1828.2.8-1905.3.24)也在 1865 年寫作《De la Terre à la Lune》、1870年發表《Autour de la lune》(兩部合稱《月世界旅行》)。在這兩部科幻小說中,凡爾納構思了一種高速大砲。主角乘坐在大砲形狀的駕駛艙內,然後利用大砲的射速,把人直接從地球射向月球。這個設計現在看起來雖然有點過時,不過把人丟進大砲中發射,有玩過《聖劍傳說》或是看過某些馬戲團動畫的朋友應該不會陌生,這到今天依舊是一個好梗。

但是如果我們對比儒勒凡爾納和喬治威爾斯有關月球的科幻小說;相較於大砲,威爾斯在《The First Men in the Moon》中杜撰了一種稱之為「cavorite」的反重力物質,這個物質可以緊密的包覆在主角乘坐的球體周圍,進而脫離重力控制抵達月球,顯然更有設定的內涵。

這種杜撰的反重力物質在許多科幻小說中經常可見,就像米諾夫斯基粒子一樣,創造名詞十分容易,但是對於很多科學家而言,「科學」的一個目標就是讓科幻不僅僅是空中樓閣,更能夠實現於今日。 1960 年代的人類成功登月,花了半個多世紀的歲月時光論證科幻成為現實,結果月球上面沒有月人,也沒有兔子。「反重力」的理想也是如此,在這篇文章中,筆者便打算簡單介紹一些有關反重力的科學發展。雖然今天尚屬紙上談兵,但這些歷史軌跡正代表人類在種種「限制」中追尋成真的可能性。

 

Part II

自從有一顆蘋果好巧不巧地剛好砸中牛頓的腦袋之後,萬有引力定律便與我們如影隨形。牛頓將重力描述為一種向外傳播「力量」,不過到了20世紀,牛頓理論被愛因斯坦的廣義相對論所取代,重力不再被定義為一種「力量」,而是空間幾何形式的結果。今天更精確的用法將其稱之為「引力」 ,指的是具有質量的物體之間,具有一種加速靠近的趨勢;而引力也是自然界的四大基本交互作用力之一(另外三種分別是電磁力、弱力及強力)

而無數的物理學家便希望能建構一個統合這四種力量的「統一場論」,作為解釋宇宙自然萬物的統一解釋。這樣我們就能初步的理解,在牛頓的古典力學時代,認為地球具有一種強大的力量來運轉作用著,故這股力量拉住了人類的腳使其不能飛翔(萬有引力),但在廣義相對論的解釋中,引力的來源是由於存在質量對時空的扭曲,並不是一種實際的力量作用,星球之間的相互引力吸引成為天體系統,生命形式也因此誕生。

到了量子力學的發展,則把重力的傳播設定為具有一種基本粒子(量子重力學)存在,這似乎也隱約包含了一種可能,如果可以抵制或是相消這種粒子,那反重力也並非不可能。為了避免複雜的討論(筆者也沒有這種能力),我們將簡單探討歷史上的科學家曾經做過什麼樣的挑戰或構思來建構反重力理論,就像 ACG 之中的特殊兵器或裝置。

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在理想狀態中,我們必須設計一個特殊的裝置來對抗重力;事實上,這確實不是科幻。一個最著名的例子大概是羅傑‧巴布森(Roger Ward Babson, 1875 -1967)。他就是今天位於麻州波士頓附近的巴布森學院(Babson College)的學校創辦人,這所學校在商學院方面頗有知名度,而一個以他名字的股票與商業分析機構 Babson-United, Inc.迄今仍存;羅傑‧巴布森還是 1940 年美國總統的候選人,而他的對手就是羅斯福,故這實在是非戰之罪,雖敗猶榮。

但羅傑‧巴布森自己生涯中最感到興趣且自豪的,或許是他在1948年創立了反重力研究協會。當時這個基金會吸引了當時的一些怪咖,如直升機的發明人西爾科斯基(Igor Ivanovich Sikorsky)和冷凍食品的發明人等等,一開始這個基金會認為可以在很快的時間內發明一套反重力的裝置,不過直到羅傑‧巴布森在 1967 年死亡,這個基金會解散時,他們依舊沒有搞出什麼玩意出來。除此之外,如北卡的大學也曾經於 1956 年成立類似的重力信託基金會。

雖然基金會解散,但是研究補助並沒有取消,依舊有 5000 美金的獎助給予研究反重力的論文獎金,最近一個獲得這個論文獎金的學者就是於 2006 年獲諾貝爾物理學獎的加州柏克萊大學教授喬治斯穆特(George Fitzgerald Smoot),如果您是學習天文物理的朋友,我想這個名字應該非常熟悉。這都說明了不管是幻想或是現實的尖端學者,反重力裝置依舊是一個難以完全被否定的理想。

把眼光拉回到二十世紀初期,1920 年代,有個叫做 托馬斯‧柏森( Thomas Townsend Brown)的高壓電研究人員宣稱自己已經製造出一臺反重力裝置。他的作法是將高壓電加在高電容率的材料上後,就能產生一種未知力量抵抗重力效應。不過顯然只是曇花一現,而當事人在接受了指責批判後收起了玩心,日後製造了更多成功的高壓設備。嗯,反重力裝置果然不像小說一樣,筆下千秋,一寫成功。

而真正投入經費從事反重力裝置研究的單位,或許最實際的就是美國空軍。大約在 1955 年到 1974 年美國空軍對於重力控制推性的研究投入了相當的心力。美國國防投資這樣研究並不意外,筆者曾經寫過一篇文章討論到二戰中後期,德國希特勒曾經試圖訓練一批可以聽懂人話的獵犬軍隊。希望這群狗兒能夠進入敵營聽取機密後回報德國。現在看起來似乎有點不切實際,但在戰火連綿的無盡歲月中,任何人都會變得瘋狂,不管是希特勒或是那些科學家們,都認為這是可以實現的成果,科學萬能。

同樣的,如果考慮到 1950-60 年代的核子武器與零和威脅、冷戰局面逐漸形成,美國海軍投資反重力研究並不令人意外,尤其在廣義相對論的發展之下,航空戰鬥機的研究被認為有可能有所突破。洛克希德馬丁公司就曾經執行過美國空軍的反重力研究計畫,該公司曾經建立了一個專門的先進技術研究所。當時一個主要的負責人就是理論物理學家布克哈特海姆(Burkhard Heim, 1925-2001)。在學術成就與生平際遇上,他也被稱為「德國的霍金」,海姆對於統一場論的熱中與超空間旅行的夢想始終是他研究的動力。

2001年海姆死後,許多報紙開始回顧他的一生,並把他的許多生平事蹟找出來,才發現美國NASA曾經與他合作,秘密計畫建造一個「超空間引擎」,這個引擎如同 SF 小說一樣,可以在三小時內抵達火星。其理論就是建立在廣義相對論之上,利用強大的電磁場來產生重力場包覆太空船。只要磁力夠強大,太空船就能突破進入多維空間,以難以想像的速度前進,星際旅行也不再是夢想。

而美國軍方對於反重力的研究計畫在 1973 年宣告終止,但是就如同上述的私人基金會一樣,一直到最近,官方類似的獎勵依舊不斷。比如說美國太空總署在 1996 年至 2002 年間為提供了大量資金給「推進領域的突破性研究」(Breakthrough Propulsion Physics Program,BPP)。說穿了,這個援助就如同 Google 一樣,給予一些看起來天馬行空,但卻缺乏實際資金的研究計畫。失敗了也沒有太大的關係,但如果萬一能成功,那就是巨大的突破。

值得一提的是,1988年,羅伯特‧佛渥德(Robert L Forward)在AIAA(美國航空宇航研究所)、ASME(美國機械工程師協會)、SAE(美國機動車工程師協會)和ASEE(美國工程教育協會)的聯合會議上發表了一篇重要的論文,其中提到了反重力的推進系統。在論文中他提出每個點質量(point masses)會吸引其它的點質量,其作用力的指向沿著穿過兩點的直線行進。

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此力大小與兩個點質料乘積成正比,而與其距離的平方成反比:換言之,如果有兩個同一的點質量,一個正且一個負,被相鄰地放在一起時,那麼它們就會沿著聯繫它們的直線作加速運動,如此一來整個加速系統的總能量將保持為零,這就使得加速效應可以在無重力影響下產生。關於這個問題,請參考原始的論文:

Forward, R. L. (1990, Jan.-Feb.), “Negative matter propulsion,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 6 (1), pp. 28-37; see also commentary Landis, G.A. (1991)

還有一件軼事,也就是《阿凡達》的導演卡梅隆(James Cameron)曾經在訪談中提到他電影中的宇宙船設計元素便來自於羅伯特佛渥德的裝置理念。但到目前為止,雖然有許多的零星樣本,不過實際的載人反重力裝置尚在理想之中。所以電影,還是走在前面一步。

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PART III

隨著物理學的多元發展,近代的反重力研究中,超導體成為關注的重心。 1995 年,俄羅斯的物理研究員尤金‧博多克勒洛夫(Eugene Podkletnov)聲稱快速旋轉的超導體可以抵抗重力,他在有關超導體研究中指出,如果把一個物體放在一個高速旋轉的超導體陶瓷圓盤上,物體就會失重百分之五;但是在許多人重複他的研究實驗後,無法證實為可靠。

從 1989 年開始,華裔的女科學家李寧在理論上證明超導裝置上方的物體由於受到重力場影響,本身重量將減少百分之二;換言之,如果超導體中的晶格離子在吸收外界電磁場的能量後將處於同一個量子狀態並快速旋轉,便會抵抗地球重力,甚至可以完全消除物體本身的重量,達成反重力的狀態。到了 1999 年,李寧已經宣稱她構思了一個稱為「AC重力」的名稱,看到這名詞就令我想到什麼 AT 力場阿….

2006年馬丁‧塔亞馬(Martin Tajmar)宣稱自己發現了旋轉狀態的超導體周圍形成的人工重力場,其大小與超導體的角加速度成一定比例,這個發現也可以用來宇宙常數中得到論證。2007年,位於紐西蘭的 The Canterbury Ring Laser Group 在此基礎之上進行了更精確的研究。但是結果令人失望,他們的報告總結是並沒有這樣的現象。

如果真的有所謂的「塔亞馬人工重力場」,那實際的結果也比他在 2006 年的研究還要小 22 倍以上。在報告的最後一句話中提到,我們的無法證明確實存在或否定反重力裝置的結果。這似乎在說,繞了一大圈,又再度在理論之中打轉。

在ACG作品中,主角都會有借助特殊的能力,身上纏繞「氣」或是某種「光暈」而產生超乎常人的特殊力量。在 PSVITA 的《重力異想世界》中,女主角也是藉由觸碰貓咪而獲得神奇的重力控制能力。文學是現實的延伸,小說是理想的創造,所以在這些SF小說或是ACG題材中,要創造一個名稱很長,漢字很多、唸起來很帥的設備一點也不難。反正一拳打下去、一刀刺下去,恆星大小的巨體也能瞬間瓦解粉碎(最近的《阿修羅之怒》就是一個好例子),而且大家也看得爽,熱血賁張,大呼過癮。

雖現實並不如此簡單,但許多科學家所懷抱的理想其實相去不遠,盡可能在追尋小說與現實的距離。我們看看如愛迪生的百年預言,或是各種未來科技展望,其實當今的科幻小說或動漫作品都在某種程度上想像未來的可能性;同樣的,正因為這些科幻小說給予人們無限的想像力,進而刺激了科學的發展

人類自古以來渴望對抗重力,自由飛翔;但是過分自由、無拘無束同樣會感到不安、頓失惶恐,如同漂流浮萍,思鄉遊子。「腳踏實地」是句很好的話,人只有雙腳確實地踏在土地上,才會感到安心,這就是「踏實」。地球的重力雖然是一種束縛,但同時也是來自地球母親的關心。或許,人類就是在這種「限制」與「矛盾」中,不斷尋求自身的滿足與進步,

進而創造出所謂的文明。

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後記:

大部分的文章都可以在1-2個小時內寫完,這篇大概寫了五到十倍的時間,而且還是殘缺不全。一開始是因為玩了PSVITA的《重力異想世界》後覺得頗有趣,所以進而對這個話題產生興趣,文章的最初目標預計討論兩個方向,一個是ACG中的反重力裝置,這個裝置可能大如一個飛行器、機器人的控制艙,也可能小如一個手錶,按一下中間的按鈕便可以自由飛翔。第二個類別是依靠某種特殊的能力(不管是果實、替身、召喚或是氣),可以在自身的周圍形成一個對抗地球重力的力場,有時候還能清楚具現、肉眼可視,比如說《七龍珠》纏繞在身上的氣等等。

原先預計第一個部分將著重在反重力裝置的發展歷史中,也就是科學家如何建構與發展這種反重力的裝置;另外第二個部分則從有關統一場論、空間扭曲與暗物質離子入手,討論圍繞在ACG主角身上的「氣」,是否是一種可以中和抵消重力的反粒子。後來發現第二部分實在太過複雜,根本完全不解,難以自圓其說,所以就只剩第一部分了。

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