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[原创]鋼之鍊金術師與現代科學

antoniosehk@2006-01-08 10:31

鋼之鍊金術師與現代科學
「誰說我是矮個子!」這句話大家都已經耳熟能詳了，它就是《鋼之鍊金術師》中主角愛德華的「口頭禪」。早幾個月，動畫《鋼之鍊金術師》才剛剛在日本放映完畢，期間惹起了廣大青少年和動漫愛好者的注意，成為了他們茶餘飯後的話題，更形成了一股「鋼鍊」熱潮。

《鋼之鍊金術師》（英文名為Fullmetal Alchemist），從字面上就知道它與化學（Chemistry）有關係了。其實，化學的前身就是鍊金術，早期的化學知識就是從鍊金術師實驗的記錄中抽取出來的，因此，《鋼之鍊金術師》籠罩著許多科學概念，讓我們從科學角度分析《鋼》吧。（以下《鋼之鍊金術師》簡稱為《鋼》）

首先，《鋼》中的世界就是用一條極重數學、科學、哲學味道的法則─「等價交換」維繫著的。讀者可能會有個疑問，何謂「等價交換」？「等價交換」就是指你付出一些東西作為代價，來煉成你想要得到的東西。這是在化學上也存在的，先看以下方程式: 2H2 + O2 → 2H2O，當２摩耳（Mole）氫分子和1摩耳（Mole）氧分子結合，就產生２摩耳（Mole）水分子出來，這就是現實世界中的「等價交換」了。可是，「等價交換」法則在《鋼》中的世界是不完美的，就如現實世界上還沒有一條結合相對論和量子力學的完美力學方程式一樣，「等價交換」法則無法做到「人體煉成」，縱使付出了一個人的基本合成元素，也只會煉成出名為「人造人」的怪物，這裡暗示出我們利用遺存基因技術去複製人類會帶來無可估計的後果呢！
ｐｓ：摩耳（Mole）是數量單位，一摩耳6.02*10^23個，就像一打１２個。
「人體煉成」是指用鍊金術把已經死去的人復活。

其次，《鋼》中第二重要的就是「賢者之石」了。擁有「賢者之石」的人就可以無視「等價交換」法則來達到「人體煉成」。其實，「賢者之石」也不是可以無視「等價交換」法則的。這不是很矛盾嗎？不是，因為只是造一粒「賢者之石」就需要最殘酷的代價─上萬人的生命，跟著就以這代價煉成我想要得到的東西，這不是「等價交換」法則嗎？不過，能否利用「賢者之石」達到「人體煉成」，動畫中沒有特別說明，最多只說出「賢者之石」可以在「門」中取回靈魂，留待劇場版解說吧！

題外話說完，我們把焦點放在「門」上。「門」是連接空間與空間之間的通道，究境「門」是否蟲洞呢，而事實上，我們可否穿越空間呢？根據愛因斯坦的狹義相對論 (Special Relativity)，時間是相對的。換句話說，如同左右方向一樣，時間只有相對的意義﹔以不同速度運動的觀測者時間亦不一樣。宇宙中沒有一個絕對的時鐘。具體而言，狹義相對論指出同時之相對性 (Relativity of simultaneity) 及時間延滯 (Time dilation) 現象，都清楚地顯示著時間的相對性。空間亦是相對的。空間隨著觀測者的運動速度而改變，導致羅倫茲收縮 (Lorentz contraction) 現象。宇宙中沒有絕對的空間。空間和時間可以互相交換，因此必需把兩者結合起來看，即時空 (space-time)，才有其絕對意義。

若果時間是絕對的，那麼兩件事是否同時發生，對任何觀測者都應是一致的了。可是，狹義相對論指出，對一個觀測者同時發生的事件，對於另一些以不同速度運動的觀測者卻不是同時發生了。這就是同時之相對性。時間延滯是指運動中的鐘錶運行較慢。換句話說，時間的流逝速度亦跟隨觀測者的運動而改變，動鐘較慢。時間可以被拉長，空間也可以被縮短。任何運動中的物體，空間都隨其速度而縮短，動尺較短，此即羅倫茲收縮現象。

我們熟知物體均速運動的軌跡為直線，而加速度則可以曲線表達。把一個網球拋出，它向下的加速令它的下墜軌跡為曲線，稱為拋物線。所以，加速度是可以用空間的變曲來代表。當然我們知道時空為一體，所以準確的說，我們可用時空的彎曲來代表加速度。愛因斯坦對等效原理的闡釋，亦是廣義相對論的根本精神，就是質量導致時空彎曲，而彎曲的時空則導致其他質量加速。

物體總是揀選時空中最短的路徑 (最短程線, geodesic) 運動，不過最短程線未必是「直線」。例如我們在地球表面行走，當選擇最短程線時，自以為走直線路徑，但從太空看就見到我們的路線跟隨著地球表面而彎曲了。小球其實以「直線」軌跡運行，不過大球附近的時空被扭曲了，以至從遠方看到彎曲的軌道。所以連曲直也是相對的。

總括來說，穿越空間理論上是可行的，但是，任何物體都無法抵受重力場中的壓力，因此，現在還沒有穿越空間的方法？

最後，大家還記得愛德華在未段要上宇宙利用乙太找尋返回自己世界的方法嗎？由英國物理學家馬古士威（James Clerk Maxwell）在1850年代建立的光理論（電磁學）中，光存在源自乙太的掁動，乙太是傳播光的介質。可是，愛因斯坦的狹義相對論 (Special Relativity) 已經否定乙太的存在了，愛因斯坦用馬克士威理論導的結論做為原理。這結論宣稱，不論觀察者如何運動，他測到的光速都是一個定值，若以c表示，則c約等於每秒三十萬公里(300000000 m /s )。如果我們相信光是在絕對靜止的乙太中所產生的波的運動，那麼這個結論就會與相對性原理有所衝突，因為根據相對性原理，波的速度會隨著觀測者的速度而已變。

我們期待愛德華返回自己世界，會否與愛因斯坦合作呢？大家拭目以待吧！

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ps: 話說我打這篇文的時候,鋼鍊才剛完結不久...現在出了劇場版...劇情令很多人失望...包括我在內--....我的朋友對我說鋼鍊已經變成BL了...大佐x愛德...還吸引了不少腐女子看呢???不知你們有什麼想法....
如有錯誤請指出...期望各位多多指教...

參考資料:
鋼鍊TV 1-51集(未睇過就不知劇情...)
香港中文大學物理系朱教授的相對論論文
引用

sagara@2006-01-08 10:58

總括來說，穿越空間理論上是可行的。

恕我愚钝，请问你是怎么通过关于相对论的论述推出这句话来的？

根据相对论可以推出有不同平行空间的存在可能，但是存在就等于穿越空间在理论上是可行的吗？这倒蛮有意思的。
引用

antoniosehk@2006-01-08 11:17

引用
最初由 sagara 发布
總括來說，穿越空間理論上是可行的。

恕我愚钝，请问你是怎么通过关于相对论的论述推出这句话来的？

根据相对论可以推出有不同平行空间的存在可能，但是存在就等于穿越空间在理论上是可行的吗？这倒蛮有意思的。


蟲洞 (Wormhole),你有聽過嗎???

我們可以想像：時空是位於蘋果的表面，為了聯繫蘋果表面上的兩個點，蟲從一點開始咬，經過蘋果內部而到達另一點，這個洞穴可以說是連接時空相異兩點的捷徑。如果我們能接兩個黑洞，避開內部的奇異點而連接起來，就會形成蟲洞..
但是...黑洞內面有什麼???就是強大的壓力!...我相信任何人走入去不消一秒已成星際塵...

根據愛因斯坦廣義相對論所發展出來的模型顯示，只有極微小的量子級蟲洞才有可能存在。但具有負能量的「異物質」則可使其擴大，然而，異物質生成困難，使蟲洞的尺度仍限於次原子程度。

所以...理論上是可行...實際上離成功還不到0.1%
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peacemaker@2006-01-08 11:19

看了LZ的贴子,复习了不少科普知识...==
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漫畫懶人@2006-01-08 11:24

一個想研究物理但腦袋不行的人進來拜一下............
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NPC@2006-01-08 11:30

看了半天也没明白为啥扯到相对论，大半篇尽写些钢炼无关的
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sagara@2006-01-08 11:41

我不是学物理的，只是想说你的推导存在逻辑上的错误。

根据你的说法，“黑洞通道就是穿越时空的理论基础”？

我觉得如果你要提“穿越空間理論上是可行的”这句话，至少要证明黑洞必然是连接两个时空的通道，证明了，这就说明穿越空间理论上是可行的，但是事实上这不过是YY而已。至于考虑能不能进入黑洞的问题，这是穿越方法的问题，我自然不去强求。
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抚子@2006-01-08 11:44

又见强贴。。。。
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wyjghx@2006-01-08 12:23

我只想说，楼主解释很让人orz
極重數學、科學、哲學味道的法則─「等價交換」
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jack1986@2006-01-08 13:40

看了一整篇,很累....orz
回樓上樓上再樓上的,其實樓主說的不是不可行,黑洞的內的壓力是很高的,如果沒有準備進去的確会成星塵,如果除去壓力后,可能真的可以穿過时空,不竟黑洞是個連光也可彎曲的神秘空間,沒有人進過去,也沒有人出過來,進入后是什么,穿過后又会到那,还是一个迷呢! 也有人說過,黑洞連接的是地獄,是怎樣沒人知道,只有通后才会明白,所以呢,沒有答案前所有理論都是存在可能的,(跟沒說沒分別,呵呵^^")
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mcv@2006-01-08 14:31

文章从结构上来看分成不相干的两部分，让人不知道楼主究竟想说什么，分析浅薄之极的“等价交换”的科学性更是有些莫名其妙了。细节方面错误也不少，虫洞和黑洞是两个东西，黑洞里“压力大”的说法不知从何说起。

虫洞问题么，确实比较复杂，基本上虫洞旅行介于“理论上不可能”与“实际上不可能”之间。先不论种种对于无限发达文明也是极其困难的工程学问题——“实际上不可能”，霍金早已证明，任何有限范围内的时空拓扑改变必然意味着类时闭世界线的存在——换句话说制造可穿越的虫洞必然会产生时间机器。研究表明即使在量子引力中，这很可能也是被禁戒的——“理论上不可能”。
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stevenzero@2006-01-08 14:45

这帖有变为科普强人的战帖的潜力。
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NPC@2006-01-08 15:03

引用
最初由 jack1986 发布
看了一整篇,很累....orz
回樓上樓上再樓上的,其實樓主說的不是不可行,黑洞的內的壓力是很高的,如果沒有準備進去的確会成星塵,如果除去壓力后,可能真的可以穿過时空,不竟黑洞是個連光也可彎曲的神秘空間,沒有人進過去,也沒有人出過來,進入后是什么,穿過后又会到那,还是一个迷呢! 也有人說過,黑洞連接的是地獄,是怎樣沒人知道,只有通后才会明白,所以呢,沒有答案前所有理論都是存在可能的,(跟沒說沒分別,呵呵^^")

星尘...0083看多了...orz

除去压力？那不是压力是重力，也可以说是拉力

弯曲光？太阳也能行的

我只知道有黑洞连接白洞的假说，什么叫地狱？
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无敌月姬迷@2006-01-08 15:56

黑洞到现在为止还只是理论上确立，实际是否存在还欠缺着绝对的观测证据，目前只是对宇宙中的某些地点根据照片，电波数据等推测存在黑洞，并没有确实的证据。

所以不用那么认真啊，也许在人类灭绝之前黑洞都不能被证明存在呢……
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NPC@2006-01-08 16:14

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最初由 无敌月姬迷 发布
黑洞到现在为止还只是理论上确立，实际是否存在还欠缺着绝对的观测证据，目前只是对宇宙中的某些地点根据照片，电波数据等推测存在黑洞，并没有确实的证据。

所以不用那么认真啊，也许在人类灭绝之前黑洞都不能被证明存在呢……

啥？那天鹅座X1是？喷流与吸积盘又是？
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