奇书巫师外星人和星舰用初中代数知识分析科幻作品

《哈利波特》中，威斯礼先生的飞行车能在现实中存在吗？哪些设定有可能成真？哪些根本就不可能实现？

奇书《巫师、外星人和星舰》挖掘了科幻与奇幻作品中最富创意的那些细节：比如时空扭曲、变形魔法、火箭推进器、飘浮蜡烛的照明效果背后隐藏的物理学和数学原理。

查尔斯.L.阿德勒（Charles L. Adler）（1965— ），物理学教授及资深科幻爱好者。1992年在布朗大学获得博士学位，目前任教于马里兰州圣玛丽学院，教授的课程有物理学基础、科学与科幻等。除了对科幻/神秘现象和历史感兴趣之外，他还是一位狂热的厨师和面包师，经常为家人烘烤面包。

在《巫师、外星人和星舰》一书中查尔斯运用浅显易懂的数学模型对科幻/奇幻中大量有趣的主题进行了严格的分析，而且书中用到的大部分数学内容都不超过中学代数的知识。其中既有厄休拉?勒古恩的经典著作，又有《星球大战》和《阿凡达》等科幻大片，帮助读者得以认清可能性的限界。

“阿德勒完美地向我们展现出，即便是最基础的数学和物理学也具有强大的力量。如果你个崭露头角的年轻科学工作者，还对代数学有点兴趣，你会喜欢这本书的。”

——罗伯特?马修斯，《BBC聚焦》

推荐序：从哈利波特到全球变暖以及戴森球

文/李淼（中山大学天文与空间科学研究院院长，最酷的理论物理学家，科普作家，诗人，著有《三体中的物理学》、《越弱越暗越美丽》）

魔法符合物理学定律吗？霍格沃茨魔法学校校长邓布利多真的能够在挥舞魔杖之间将乱七八糟的房间收拾好吗？他的魔杖真的能将撕碎的书籍复原吗？显然，这违背了热力学第二定律，稍稍学过物理的人会告诉你。同样，一个人能变成白天鹅或者黑天鹅吗？当然不能，因为这违反了质量守恒定律。

你会对这样的物理极客产生反感，如果魔法遵守物理学定律，那还叫什么魔法？可是物理极客不管这一套，他们就喜欢寻根究底，因此，变形魔法包括孙悟空七十二变大有问题，甚至霍格沃茨大厅被成千上万根蜡烛照的光明灿烂也成问题，因为一根蜡烛的亮度比一个灯泡小差不多一百倍。

一个巨人能够在地球上跑动吗？这是一个物理学问题。同样，《阿凡达》里身高三米的纳威人真的能在重力只有地球的百分之八十的潘多拉星上健步如飞吗？要知道答案，我们必须懂一点简单的物理学，而物理学告诉我们，《阿凡达》的设定是有一点点问题的。

除了奇幻小说中的物理学问题，我们更关心科幻小说里各种设定是否与物理学、数学乃至化学相容的问题。比方说，科幻黄金时代预言的大航天为什么迟迟没有到来？是什么样的基本物理学定律限制了航天事业的发展？其实答案并不那么深奥：能量，能量！能量来源限制了航天发展，能量消耗的极大降低却激发了网络时代的大发展，这一点除了克拉克预知了一些，其他科幻作家做梦也没有想到。

还有，可供长期移民的空间站是可行的吗？我们是否可以在未来的二十年之内造出高达数万公里的太空梯？富豪们真的会在不远的将来去火星度假吗？（穷人就别妄想了你出不起那个钱）。物质反物质湮灭推进器是否可行？如果这个太难，那核聚变推进器呢？如果这些在本世纪都不行，我们放开来畅想，假如技术原则上可以无限发展，人在寿命所限下能飞出银河系吗，甚至旅行到宇宙尽头？嗯，这倒不违反相对论。

接下来就是，超光速旅行可行吗？时间旅行可行吗？你会说《星际穿越》貌似是这么设定的，可是你知道这需要改变物理学中的什么常识吗？

这些问题的答案都可以在这本奇书中找到。这本书就是《巫师、外星人和星舰：科幻与奇幻中的物理数学》，作者用最基本的物理学和数学知识就推出了这些答案。我相信你和我一样，每读一页这本书，就会学到关于科幻小说的知识，同时学到了物理学知识。

再有，外星人存在吗？最近我对这个问题特别感兴趣，并且还有自己的理论，我认为外星人并不存在。本来，我以为我是极少数派，读了这本书之后我才得知原来从上世纪八十年代起，人类是宇宙之中唯一的智慧生物的观点已经变得比较流行，当然这局限在西方科幻作家中。中国科幻迷乃至一般公众还认为外星人当然存在。眼下，科幻作家甚至科学家还是分为三派。第一派认为智慧生命在宇宙中十分普遍，第二派认为智慧生命罕见但并不唯一，第三派就是人类中心主义了，我们是宇宙中唯一的文明。嗯，我就是一名人类中心主义者。

撇开这些争议不论，我们到底该如何寻找地外生命和地外文明？这也是本书试图分析的问题之一。粒子物理学戴森曾经在《科学》杂志发表一篇论文，研究是否可以围绕一颗恒星例如太阳造一个巨大的球以收集太阳发出来的全部能量。这可不得了，因为我们知道太阳照射到地球上的能量是太阳辐射的总能量的极小极小一部分，这个大球球做出来人类就一劳永逸地解决了能源问题。这个宏大装置叫戴森球，当然戴森并不想发明一个专利为人类谋取福利，你想，要造出这样的巨无霸我们需要的材料将来自整个木星，这实在不太现实，戴森也很难以此成为太阳系首富。他真正的目的是寻找外星人，如果外星人造出了这样的装置，我们就有可能通过这个巨大装置的红外辐射找到他们。

回到地球本身。我们的能源什么时候耗尽，比如石油？地球变暖是真的吗？美俄的核贮备真的可以毁灭地球？数亿年后，我们能够逃离太阳系吗？生物的终极形态是什么？你还是能够从这本书中找到一些答案。

在中国，科学幻想小说爱好者是一个比较小众的圈子，尽管刘慈欣《三体》的影响已经开始溢出科幻圈，开始影响IT界，继而影响其他人。《三体》为何能够在IT圈发生这么大的影响？答案看上去显而易见，因为该圈的人士现在张嘴闭嘴就是“降维攻击”，可见《三体》里的二向箔才是亮点。另外，刘慈欣的黑暗森林的说法影响也不小，也许仅次于降维攻击。

多媒体时代，阅读的人越来越少，读小说的人本来就是小众了，更不用说科幻小说了。当然，如果我们将小说的范围扩大到奇幻，圈子就大大地放大了。我知道，中国作家富豪榜排名第一的是唐家三少，他的小说《斗罗大陆》点击量近亿次。另一个有人气的奇幻作家是江南，小说《龙族》每一卷都比任何亚马逊排名第一的书还要畅销。

中国的电影市场还是好莱坞大片主导，好莱坞大片中不少是科幻电影，因此科幻电影在中国受众中影响远远大于科幻小说。说起小说《造星主》大概没有几个人知道，但谁不知道《阿凡达》、《黑客帝国》？谁不知道《星际穿越》？

遗憾的是，《巫师、外星人和星际战舰》这本书以科幻小说为主，偶尔谈及科幻电影。幸运的是，这本书还包括了一些著名的奇幻小说，例如我们开始提到的《哈利波特》，因此，这本书的读者对象应该涵盖了比科幻小说读者多得多的人。

对我本人来说，这本书的出版实在太及时了。今年4月份我的《三体中的物理学》也出版上市了，我的那本书与这本书有相似之处也有重要的不同点，我们的出发点都是科幻，但这本书更适合对公式感兴趣的人。恰好，过去两年我在中山大学逸仙学院上过《人与宇宙的物理学》这门课，这门课的精神与《巫师、外星人和星舰》这本书很接近。我打算将来在中山大学再开一门课，这门课的教材就是《巫师》，这门课的课名也许就是《科幻与奇幻中的物理数学》。

最后，我表达一下对本书作者的敬意。查尔斯?阿德勒是一位职业物理学家，专业是光学，在马里兰的圣玛丽学院任教。他毕业于布朗大学，比我小三岁，因此我猜我在布朗大学的时候，他还没有从哪里毕业。写这本书并不容易，有人说我的《三体中的物理学》写起来也很难，这不错，可是我的书一年半载是可以写完的，而《巫师》中的内容大概需要好几年的积累。

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