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戴森球计划单极磁石矿物介绍(戴森球计划科幻概念汇总)

热度:11℃ 游戏攻略 2023-03-07 10:54:06

之前因为写到累了所以还剩下一些作为第三部分,还没看前面两部分的玩家可以点击第一部分、第二部分。我的水平也不怎么样,内容很大一部分是看着资料写的,存在错误请及时指出。

磁单极子

在《戴森球计划》的游戏中后期,玩家可以在中子星或者黑洞的星系中发现一种叫做“单极磁石”的矿物。这种矿物的视觉效果很奇怪,你可以看到有一些黑色的碎片悬浮在中间的矿柱旁边。它可以用于生产后期材料粒子容器,大幅简化生产工序,但通常储量极其稀少。

现实中是否也存在类似的东西呢?这一问题的答案有点模糊。

磁铁,在生活中并不罕见。我们经常会用到磁力扣在白板上固定文件,还有用磁力控制的小区大门,电脑里存储信息的硬盘也是用磁性材料制造。正如我们所熟知的那样,一根分为南北极的磁铁,如果从中间掰断,你并不会得到一个北极和一个南极,而是得到分别都具有南北极的两个磁铁。并没有什么物质是单单只有一级。

在电磁学慢慢发展成熟以后,科学家们发现了磁场与电场之间无法区分的联系。所谓磁力,实际上诞生于电荷的运动。是电场的运动导致了磁场诞生。旋转的点电荷会产生一定方向的磁场。在描述经典电磁学的麦克斯韦方程组当中,更是仅仅定义了电荷,而不存在磁荷。因为无论是在理论上还是实践当中,我们都没有发现磁单极的存在可能性。穿过一个闭合曲面的磁通量之和必然等于0,磁场是个没有散度的场。这些几乎成为了如今的常识。

可是,我们对物理的认知就完全正确吗?磁单极子是真的就不可能存在吗?

英国物理学家保罗·狄拉克的研究让人们重新开始审视这一问题。他在1931年发布的一篇论文中证明(参考),如果宇宙中有单独存在的磁荷,那么宇宙中所有电荷量就必然是量子化的。可是,他并未证明磁单极子的存在。尽管电荷的确是量子化的,但依然没有关于磁单极子存在的有力证据。

尽管自然存在的磁单极子依旧没有被发现,但也有研究者声称制造出了人工磁单极子,但它并非孤立系统,也没有改写麦克斯韦电磁方程。(参考)

也就是说,到目前为止,磁单极子依然只是个科幻概念,而并没有在现实中发现。

量子计算机

作为科幻概念,量子计算早已被各路创作者嚼烂。但在现实当中,量子计算机的研究依然处于比较初步的阶段。《戴森球计划》中的量子芯片是一种比较后期的材料,想必玩家们对它的繁琐制作步骤都是深有体会。

近几年来,“量子计算”频频被媒体热炒,“量子通讯”、“量子退火算法”,“量子质因数分解”……各种各样看起来特别高端的名词被拿出来抓人眼球。大众媒体往往会倾向于将量子计算机描绘成千百倍于当前计算机算力的未来科技,或是推动信息科技向前发展的一剂万能灵药。这些报道尽管也有一部分与现实契合,不过更多的是让读者对量子计算有着一些不切实际的期待。

具体来说,什么是量子计算机,量子运算需要实现什么,量子计算机需要走怎样的技术路径等等细节,目前依然没有确定的结论,而是都在研究当中。我国去年研发的“九章”通过玻色子取样实现了高度专用化的量子运算功能;谷歌的Sycamore量子处理器实现了远超传统计算机的化学反应模拟能力;令D-Wave声名鹊起的“全球第一款商用型量子计算机”事实上是专用于实现“量子退火”的机器。目前,量子计算机距离成为通用计算机,也即图灵完备,还有很长的路要走。

在理论上,量子计算机利用量子的叠加态,可以实现更高效的并行运算。还有通过诸如量子质因数分解算法,能破解如今最主流的加密手段(参考);应用量子退火快速求解组合优化问题(参考)等。目前,包括量子运算可能解决的问题也较为特殊和专门。量子计算要具体应用到现实生活中,恐怕也会像上一篇所说的可控核聚变那样属于数十年后的事情。

意识上传与虚拟现实

在《戴森球计划》的背景设定当中,人类已经把自己意识上传到了虚拟世界,真实世界全交由主脑负责控制。剧情甚至会暗示玩家其实我们所处的世界就是虚拟世界,而伊卡洛斯是在真实世界里建造。

说到意识上传,很多时候就是跟永生,跟机械代替人等等科幻概念联系到一起。目前,有关于意识上传的实际流程依然停留在理论阶段,尽管已经有完整模拟秀丽隐杆线虫之类简单生物的程序(参考),但想要把人的意识上传给电脑运行,目前还有非常多难以解决的问题。比较乐观的估计是,意识上传技术会在本世纪内实现(参考)。

在科幻作品里面,意识上传分为几个不同的路线:全脑复制转移、大脑渐进替换、行为印迹学习等。

如果是要全脑复制转移,就意味着首先需要有技术能够用计算机完全模拟一个人的大脑,并且还需要用某种大脑扫描技术完全提取一个人的记忆,将记忆复制以后放入计算机运行,从而实现意识上传。这一技术路径需要计算机能运行强人工智能,还需要能够完整读取人记忆的手段。意识复制体与原人体的关系也远远超出了现在社会道德与伦理观念能想象的范围。

在被复制者看来,自己的意识依然停留在肉体内,所谓意识上传带来的永生似乎完全不存在。而对于复制出来的意识,因为复制这一行为本身可以反复进行,运行在计算机上的意识究竟有怎样的自我认知,是否还有作为人类的自我认可,这些都是被各种科幻作品热烈讨论的议题。

鉴于全脑复制似乎并不能真正让人永生,有些科幻作品提出了渐进替换大脑的技术路线。也即是逐步用电子元器件替换人的大脑,让人可以“平滑过渡”为只有电子脑的存在。先不说这一做法是否有技术可行性,其过程本身类似于忒修斯之船的悖论也足以引发广泛议论。

而大脑中是否确实存在某个区域,一旦替换就会失去所谓“灵魂”的讨论也一直存在着。人的大脑是否真的可以这么被机器所替换,不仅仅是一个科学问题。

此外,还有在技术实现上可行性更高的行为印迹学习,它甚至称不上是复制人的意识。而是创造一个深度学习AI,模仿学习目标人物的所有行为特征,在模仿复杂度达到一定程度以后,足以令外在观察者无法区分AI与被复制的目标人物。

这一技术甚至现在就已经可以部分实现,一些游戏里就会利用机器学习创造类似某玩家游玩风格的AI,还有公司提出用AI学习人生前的说话习惯来制作智能墓碑。尽管这些尝试相比起意识上传而言相当粗浅,但也可能成为未来真正实现意识上传的途径。

而意识上传以后,如果不是再注入到某个仿生身体上,就只能生活在虚拟世界当中。对于游戏玩家来说,“虚拟现实”这个概念似乎已经不需要大力科普了。

如今市面上已经有许多标榜着“虚拟现实”的头戴式显示器产品,并且有许多适配这一技术的游戏出现。但这种仅仅是戴在头上,贴在眼睛前面的显示屏,与科幻作品所描绘的虚拟现实相比,几乎完全算不上一回事。它们之间的差异大得就像是原始人使用的标枪和FGM-148“标枪”反坦克导弹之间的差异。

科幻作品中往往会把虚拟现实描绘得难以和现实世界相区分。在这个世界生活的人,或者是数字化的人,其所有感官都被来自虚拟现实的信息所覆盖着。不仅仅是视觉与听觉,包括触觉,嗅觉,味觉,运动感知等等感觉都完全来自于虚拟的世界。这不仅要求足够高精度的视觉效果呈现,足够低延迟的输入-输出反馈和精确的位置判断等等技术也都相当考验目前的硬件能力。

而全面接管人体感官输入的功能,在人脑真正可以直接与计算机交换数据之前都很难实现。眼下,也只能戴上厚重的“虚拟现实”头盔,看着模糊不清的全景游戏画面,去想象未来世界的美好了。

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气态巨星与冰巨星

尽管不能着陆,在《戴森球计划》中,玩家游戏中后期也会很依赖于使用气态行星采集技术从气态巨星和冰巨星中获取额外的氢与可燃冰。

那么,什么是气态巨星?什么又是冰巨星呢?其实这两种巨行星,在太阳系内就有典型存在:木星和土星就是气态巨行星,天王星与海王星则是冰巨星。

尽管名字就叫做“气态巨行星”,但如果把木星想象成一大团气体就大错特错了。在我们日常生活中,大多数时候只能看到物体有固、液、气三种状态。不过,对于像是木星这样的巨行星,其最外层大气是由氢气、氦气、水蒸气、氨气等组成,而继续往深处走时,目前理论认为它并不存在一个气态到液态的确切分界面,也不存在液态到固态的确切分界面。其内核应当是被高压压缩成金属态的氢。

而在内核与外层大气之间,因为巨大的压力,是连续不间断的超临界流体,无法单纯用“气态”或是“液态”来形容。关于像是木星这样的气态巨行星,更准确的内部构造现在还难以探究,因为它并没有可以让航天器落地的固态表面,像是伽利略号这样的木星探测器只能在轨道上观察,或是在坠入木星的短短几十分钟过程中记录下木星大气层数据(参考)。

有科幻作品描述了在气态巨行星的大气中漂浮的殖民地,这的确是一种存在可能性的构思。还有一些科幻作品会描述在气态巨行星的大气中生活的漂浮生物。还有一些理论认为坠毁木星的伽利略号上携带的来自地球的微生物有可能在木星环境下生存下来(参考)。

相比于大气层有90%都是氢的气态巨行星。诸如天王星和海王星这样的冰巨星则没那么“轻飘飘”(参考)。冰巨星的氢大气没那么浓厚,在距离表面不深的地方就是大量以“冰”形式存在的水、氨气与甲烷的混合物体。冰巨星比气态巨星小一些,不过比类地行星大得多。

太阳系的两颗冰巨星都拥有非常复杂的大气环流系统,目前的观测数据与建模还难以准确解释它们的气候模式。因为距离遥远,目前只有旅行者2号造访过天王星与海王星,更多的观测数据来源于对其大气光谱的分析和珍稀的少量图像记录。冰巨星的“冰”究竟是怎样的结构,现在还没有特别准确的定论。

反向自转、横躺自转、轨道共振与潮汐锁定

在设定行星自转与公转这方面,《戴森球计划》确实是比较认真的。现实中存在的反向自转、横躺自转、轨道共振与潮汐锁定等现象都能够在游戏里找到,玩家还可以根据这些特性因应建造设施,充分利用。

现实世界里,这些转法都确实存在。比如,金星就是一颗反向自转的行星。它的自转方向与公转方向相反。不过自转速度非常缓慢,且现在还在不断变慢。

之所以我们管金星叫“反向自转”,而不是把金星定义为“正向”,把地球等其他跟它相反的行星定义为“反向”,是因为,从太阳系形成过程的角度来看,自转与公转同向的情况是最普遍的。在太阳系形成过程中,原恒星盘加总以后的角动量方向,就是日后生成各行星的公转与自转方向。

太阳系八大行星都是在非常接近的一个面上,往同样的方向公转。而金星,目前理论认为它在大约数十亿年前遭遇了一场剧烈的撞击,导致它的自转方向发生改变。随后被太阳的潮汐力影响,自转速度不断减慢,最终变成现在的样子(参考)。

前文提到的天王星,则是横躺自转的最佳案例。天王星的自转轴倾角为97.77°,几乎就是躺在轨道上自转。目前天王星所在位置,从地球看过去就像一个钟,天王星是钟中间的轴,而它的卫星就像是钟的指针。横躺自转的行星,其昼夜变化与类似地球这样的星球截然不同。

作为自转轴的“两极”有非常漫长的极昼和极夜,只有很临近赤道附近的区域能有比较频繁的昼夜交替。目前对于天王星横躺自转的成因也难以实证,有人猜测是在天王星形成时,一颗至少有地球那么大的行星与其碰撞导致。

水星是一颗与太阳形成自转轨道共振的行星。它自转三周的时间,几乎恰好等于公转两周的时间。与此同时,水星也有着相当大的轨道偏心率,它在远日点与太阳的距离,大约在近日点与太阳距离的1.5倍。这种成比例的共振关系,令太阳的潮汐力不再继续减缓水星的自转,从而形成稳定的共振。

另一种轨道共振则是不同行星之间的公转轨道共振,大行星之间的引力关系可能导致长期运行以后其中一方被甩出恒星系,而只有恰好共振的情况才能达成稳定。比如冥王星与海王星的2:3共振关系,使得冥王星在穿过海王星轨道时,海王星总是在足够远的地方,从而不会进一步干扰对方轨道。

在宇宙中,潮汐锁定是更加普遍的现象,尽管太阳系没有被潮汐锁定的行星,但有很多被潮汐锁定的卫星。其中最著名的自然就是月亮。月球环绕地球的公转周期,恰好等于它的自转周期,这导致月球永远只有一面朝着地球。潮汐锁定是由于大天体对小天体的引潮力作用,总是使得小天体不同步于公转的自转被拖慢。只要时间足够长,像是月球这样的卫星,还有像是木星与土星的诸多卫星,都会慢慢变成被潮汐锁定的状态(参考)。

课后小测验

咱们玩游戏还学知识,可不能简简单单看过就忘啊!

思来想去,干脆作为三期科普的结尾,这里出一些小测验的题目,考考大家有没有记住上面说的知识点好了。答案会放评论区。

别扭头就跑啊喂!

一、如果我们在太阳系建造了戴森球,比较以下几个物体的半径大小,正确的是

A、戴森球>太阳>篮球>地球

B、太阳>地球>篮球>戴森球

C、戴森球>太阳>地球>篮球

D、太阳>戴森球>地球>篮球

二、如果我们在太阳系建造了人类文明的第一个完整戴森球,这时人类文明将处于卡尔达肖夫文明指数级。

A、0.7

B、1

C、2

D、3

三、已知牛郎星是一颗A级主序星、弧矢增二十二是一颗典型的O型恒星、比邻星是一颗M级恒星,也是距离太阳最近的一颗恒星。那么,如果把这几个恒星以及太阳放到与地球距离一样远的位置,它们的亮度排行依序是

A、牛郎星>太阳>比邻星>弧矢增二十二

B、弧矢增二十二>牛郎星>太阳>比邻星

C、太阳>弧矢增二十二>比邻星>牛郎星

D、太阳>弧矢增二十二>牛郎星>比邻星

四、在氢的同位素中,哪种同位素的价格最便宜?

A.氕

B.氘

C.氚

五、以下哪种飞行物体相对地面的飞行高度最高?

A.喷气式飞机

B.国际空间站

C.探空气球

D.同步轨道卫星

六、太阳系外围的矮行星——冥王星与其卫星卡戎形成了互相潮汐锁定的关系,且共同质心不在任一天体内部。以下哪种说法是错误的?

A.从冥王星上只能看见卡戎的一面

B.冥王星上看见卡戎从“地平线”升起需要一个冥王年(即绕太阳一周)

C.卡戎绕与冥王星共同质心旋转的周期等于其自转周期

D.冥王星的某些区域永远看不见卡戎

七、以下哪种现象/技术可以用牛顿经典时空观解释/计算?

A、碳核聚变

B、狄拉克逆变反应

C、曲速飞行

D、发射火箭入轨

八、以下哪种行星在太阳系不存在?

A、类地行星

B、热木星

C、气态巨行星

D、冰巨行星

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