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最近有一部争议比较大的电影上映了——“Dune”，中文译名“沙丘”，可以说是非常的直译了。这部片子改编自弗兰克·赫伯特（Frank Herbert）的同名小说，算是英语世界最出名的科幻IP之一，常常有人将其称为是最畅销的科幻小说。这部小说曾经获得过1965年的星云奖和1966年的雨果奖，足见其在科幻界的地位。很多观众对这部电影的剧情表示了困惑，而一部分小说的老粉丝则表示这种困惑可能来自于电影过于尊重原著。
图注：《沙丘（2021）》官方海报
不过，作为一个科普公众号，今天我们不讨论剧情和人物。一件事：带大家探讨一下沙丘里的“护盾”是怎么回事。
一、《沙丘》中护盾的设定
很多观众看电影的时候都有一个强烈的质疑——这都宇航时代了，主角怎么还在肉搏？你枪呢？
拿《沙丘》和《星球大战》系列做对比，会发现虽然二者都喜欢展现肉搏的场景，但沙丘对肉搏的追求更极端，几乎完全是冷兵器了。星球大战里好歹还有爆能枪和死星这类定向能武器，肉搏武器“光剑”也限制绝地武士使用。这种差别，都来自于我们今天的主角，《沙丘》系列中的一个强设定——霍尔兹曼护盾(Holtzman Shield)。
这个护盾的效果，一言以蔽之，就是——只需用刀，谁用枪谁死！
图注：大人，时代又变回去了。
霍尔兹曼护盾，或者简称护盾，是一种包围穿戴者的保护性能量场。这种能量场由霍尔兹曼发生器产生，是“Suspensor-Nullification Effect”（悬带无效化效应）的第一相位的产物。这种护盾可以调节为仅允许低于特定速度的物体通过，进而实现对高速的子弹、炮弹等动能武器的防护。
图注：《沙丘》设定中的随身护盾
更玄乎的是，如果用能量武器——比如激光枪——对护盾进行射击，将会引起亚原子层面的聚变，导致核爆——这种核爆可能发生在护盾一端，也可能发生在射击者一端，也有可能两端一起发生。
从小说中这一设定的动机来看，护盾的存在，将角色之间的武力互动限制在了冷兵器时代。
图注：《沙丘（1984）》电影片段。由于当时特效技术的原始，护盾被展现为套在人外面的毛玻璃质感的方盒子。从现在的视角来看，两个方盒子互相打架，十分滑稽。
看晕了？你当然会看晕！因为上述提到的所谓物理原理——
全！部！都！是！虚！构！的！
二、虚构的物理可以有几分真？
《沙丘》小说和其衍生作品之所以能够在英语国家大热50多年，拥有大批粉丝，甚至一部剧情让人摸不着头脑的电影都能超过两亿票房，其“煞有介事”的科幻设定，是重要因素之一。
刚才我们说到，护盾由“Suspensor-Nullification Effect”（悬带无效化效应）的第一相位产生，这个效应看得人一头雾水，我们只能逐字逐句去翻译。Suspensor是一个看起来就不明觉厉的生僻词，是植物学和医学中的术语，指植物和真菌的囊柄、胚柄，或者是医学意义上的悬带。而Nullification则直观的多，“null”的意思是无效，“nullification”的意思就是“使其无效”。
这个“效应”名头足够唬人，一知半解的人很容易将其理解为一种，能够取消事物之间的纽带的效应。这又和高速的弹丸之间有什么关系呢？
图注：《沙丘》小说1965年第一版的封面
在沙丘小说的设定中，“悬带无效化效应”是“霍尔兹曼效应”的三维变换形式。沙丘中的“帝国”在故事发生的数千年以前就已经发现了悬带无效化效应，用来打破时间和空间的纽带，折叠空间，从而实现星际航行。但“帝国”一直没能从理论上解释“悬带无效化效应”，因此数千年来也没有更深入的应用。
后来是一位名为Holtzman（霍尔兹曼）的物理学家真正解释了这种“悬带无效化效应”的理论内核，这种技术才全面铺开，个人护盾、反重力载具等等开始出现在故事中的世界的每个角落，并深刻改变了整个世界。于是这个现象正式以霍尔兹曼效应命名。
霍尔兹曼认为（当然都是虚构的），这种效应与亚原子粒子（比如电子，质子，中子）之间的斥力有关（对应现实世界，可能是借用了弱相互作用的性质，但显然有区别）。
图注：一幅似是而非地展现霍尔兹曼效应实现空间跳跃的图片。图自《沙丘》维基。
借助这种效应，一切物质之间的纽带都可以无效化，实现很多骚操作。比如说如果消除所有万有引力，倒因为果，根据广义相对论，就是消除了空间和时间之间的转换关系，就可以进行空间跳跃了。再比如说消除子弹的质量和速度之间的纽带，就可以无伤且不受动量影响地防御一切动能武器。
图注：《沙丘》中的护盾可以说是把能量守恒、动量守恒和物质守恒全部打破了。
这是一种不讲道理的文字游戏，至少在现阶段的物理学中，我们看不到实现它的可能性。作者推出这种设定，主要是为了能将中世纪的故事搬到未来去上演，用一个万金油的设定来取消一切剧情不需要的现代科技。因此这种科幻设定并不是为“科”服务的，而是为“幻”服务的，大家真要较真物理，那就输了。
图注：《沙丘（2021）》特效好了很多。身体护盾的特效展现为人身上的虚影。
既然不是一种能够真实存在的虚拟的物理，那么真实的物理护盾可能是什么样的呢？
三、真实的物理，怎么样实现虚幻？
要说防护罩，力场护盾这些东西，人类其实已经搞过很多了。
第一时间想到的，就是由强磁场形成的防护罩，这种防护罩可以偏转一切带电的粒子和射流，但对中性或不带电的武器几乎没有干涉能力。这种磁场也可以人造出来，用于保护太空中的飞行器和宇航员远离射线危害——考虑到太空中90%的可见物质都是等离子体的情况下，似乎是一种好办法。
图注：地球的磁场非常有效地防御了太阳风的冲击。
除了磁场，还有一种我们每天生活中常见的护盾——风幕机。这种机器常见于商场、冷库、手术室等场景，一般安装在门的上方，向下吹气。风幕可以隔开房间内外的空气，阻止冷热空气的混合，防止两侧灰尘污染。如果将风幕的力度加到很大，理论上也可以隔绝大部分的动能武器。但对激光、声波武器就完全没办法了。
图注：自动门上方安装着风幕机，一般都是强劲的涡轮风扇
将这种利用高速粒子隔绝内外的方法拿到太空中，2006年美国人设计了一颗实验卫星，通过电场维持一层等离子体气泡，来防御宇宙射线。这与磁场的防护方式并不一样，真正起到防护作用的是等离子体层和外界射线的碰撞。
图注：等离子体护盾。图自《星球大战》。
还有更为劲爆的——波音公司2015年申请了一份护盾的专利（对于军事领域的应用，真正有用的技术通常不会申请专利）。这份专利描述了一种专门用于抵抗爆炸冲击波的护盾，这种护盾不能抵挡定向能武器和其它动能武器。这种护盾的主要工作原理是利用一系列手段，包括激光、微波和电流，快速加热周边的空气，形成一层超高温电离的空气层，以使得冲击波无效化。
图注：波音申请的护盾专利中的插图，示意其工作流程。
四、以子之矛，攻子之盾？
力场护盾素来是科幻作品中的宠儿，这来自于人类在武器的艺术中对最利的矛和最强的盾的永恒追求。在人类武器发展的历史上，矛和盾此消彼长。在小编看来，当代的科幻作品追捧护盾而忽视新型进攻武器，很大程度上是因为现在“矛”占据上风。各类枪械、导弹、炮弹伤害严重溢出，创作者们本能地呼唤一种刀枪不入的战斗方式。
《沙丘》系列作品可以说是这种思想的一个极端——通过一种不讲道理的“盾”，把“矛”也拉回到最原始的时代。
也不知道这样的设定，到底是矛的胜利，还是盾的胜利呢？
编辑：万鹏
美编：张亚男
校对：刘淇郡