百科：霍金的科幻與現(xiàn)實(shí)

北京時(shí)間2016年4月12日上午，英國(guó)著名理論物理學(xué)家史蒂芬·霍金在新浪開(kāi)通了個(gè)人微博。在微博上，他向中國(guó)網(wǎng)友問(wèn)好，并表示將在社交媒體上與中國(guó)用戶交流心得。兩天后，霍金的粉絲達(dá)到近300萬(wàn)。無(wú)論是網(wǎng)絡(luò)還是線下，霍金本來(lái)就紅，在中國(guó)開(kāi)微博，霍金就成為中國(guó)的網(wǎng)紅?；艚鹪谥袊?guó)成為網(wǎng)紅還有一個(gè)主要原因是因?yàn)樗诘诙l微博中發(fā)布的一個(gè)撩撥人的消息，人類可以飛向半人馬星座的α星。
　　
　　飛向α星現(xiàn)在還是科幻
　　霍金在第二條微博中稱，他將與俄羅斯“土豪”尤里·米爾納和“臉書”的CEO扎克伯格一起，研發(fā)第一臺(tái)納米飛行器，用它來(lái)探索半人馬座α星。
　　半人馬座是一個(gè)巨大而明亮的星座，它擁有兩顆一等大星，半人馬座α星和β星。半人馬座α星和β星在中國(guó)古代被合稱為“南門雙星”，14世紀(jì)鄭和下西洋時(shí)，曾利用它們來(lái)導(dǎo)航。不過(guò)，南門雙星還有一顆伴星（比鄰星，C星），離我們只有4.2光年，是距離太陽(yáng)系最近的恒星。
　　即便以4.2光年來(lái)計(jì)算，按照目前人類設(shè)計(jì)的航天飛船或航天飛行器的速度，到達(dá)那里大約也需要3萬(wàn)年。但是，按照霍金的計(jì)劃，可以研發(fā)以激光推進(jìn)的微型星際“飛船”，達(dá)到光速1/5的速度，如此，人類只要20年時(shí)間就能到達(dá)半人馬座α星或比鄰星，一睹它們的真面目。
　　半人馬座α星和β星都是恒星，近距離探索它們肯定像現(xiàn)在人類要到太陽(yáng)上去一樣，沒(méi)有走近就會(huì)被燒死。按照霍金的計(jì)劃，那些“納米飛行器”只有幾厘米左右，重量不過(guò)幾克，需要在上面安裝探測(cè)裝置，所以只能圍繞半人馬座α星、β星和C星進(jìn)行探索，或者是重點(diǎn)探索圍繞在這些恒星周圍的其他行星，就像圍繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的地球一樣，因?yàn)樵谀切┑胤讲庞羞m宜像人一樣的生物居住的環(huán)境。
　　為什么要探索半人馬座α星或β星，霍金也沒(méi)說(shuō)清楚，但過(guò)去一直傳說(shuō)那些地方有其他的星際文明，可能像人類文明，也可能不像人類文明。所以，探索的目的應(yīng)當(dāng)是發(fā)現(xiàn)其他星球的文明（外星文明）。
　　不過(guò)，從現(xiàn)在的科技水平來(lái)看，霍金的想法還只是科幻，因?yàn)橐匀祟惉F(xiàn)在的技術(shù)難以做到，這體現(xiàn)在工程材料、推進(jìn)器等方面。用光束來(lái)推動(dòng)納米飛行器利用的是光壓，就像太陽(yáng)照到人們身上會(huì)產(chǎn)生熱量一樣，如果光照到一個(gè)物體上面，物體會(huì)獲得能量，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生壓力，但這個(gè)壓力是十分微弱的。
　　無(wú)論是激光還是太陽(yáng)光，要想把一個(gè)即便只有1～10克重的物體加速到光速的1/5，大概需要比一顆原子彈爆炸的總能量還要大的能量。這種極大的能量集中到納米飛行器上只會(huì)摧毀飛行器，以現(xiàn)有材料制造的飛行器無(wú)法承受這樣的能量，而且具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的航天器的耐受能力可能更為脆弱。
　　不過(guò)，已經(jīng)試驗(yàn)過(guò)的技術(shù)是太陽(yáng)帆飛船，是單純依靠太陽(yáng)光子持續(xù)撞擊帆板，逐漸將飛船在沒(méi)有明顯空氣阻力的太空中推進(jìn)到較高速度。美國(guó)、俄羅斯先后做過(guò)幾次太陽(yáng)帆動(dòng)力試驗(yàn)，也僅僅是在近地軌道內(nèi)嘗試過(guò)，但還沒(méi)有成功，也就是沒(méi)有達(dá)到實(shí)用的階段。
　　所以，霍金的探索半人馬座α星的設(shè)想目前還只是一種想象或科幻。
　　輪椅才是霍金的現(xiàn)實(shí)
　　盡管探索半人馬座α星在目前是科幻，但不排除人類科技進(jìn)一步發(fā)展后，未來(lái)可以實(shí)現(xiàn)這種設(shè)想，但那也只是將來(lái)時(shí)。從眼下的現(xiàn)實(shí)來(lái)看，霍金能提出這種想法完全依賴于現(xiàn)有科技的發(fā)展和現(xiàn)實(shí)水平。具體而言，即便霍金要表達(dá)各種思想和學(xué)說(shuō)，包括人類探索半人馬座α星，也必須要依賴他不可須臾離開(kāi)的輪椅。
　　輪椅不僅是霍金的代步工具，更重要的是，它是集計(jì)算機(jī)軟件、通信技術(shù)、紅外光、語(yǔ)音轉(zhuǎn)換器等于一體的人工智能，能把霍金的思想和想法轉(zhuǎn)化為語(yǔ)言（語(yǔ)音）和文字表達(dá)出來(lái)。有了它，霍金才能與他人交流并表達(dá)自己的思想，包括目前探索半人馬座α星的科幻想法。
　　霍金的輪椅由下面一些元件組成。
　　語(yǔ)音合成器，位于椅背，可以把霍金“寫”出的文字轉(zhuǎn)譯成霍金獨(dú)特的電子語(yǔ)音。
　　眼鏡和眼鏡上的紅外感受器，可以感知霍金臉頰肌肉的顫動(dòng)。
　　電腦屏幕，即便在陽(yáng)光下也能看得清楚屏幕上的內(nèi)容和圖像，可供霍金“寫”演講稿、收發(fā)電子郵件，甚至可用skype來(lái)接收電話。
　　平板電腦，擁有Core17處理器，可以控制輪椅上的所有電子系統(tǒng)。
　　萬(wàn)用遙控器，是一個(gè)紅外線遙控器，可以操作辦公室和家里的電視、音響、燈光，甚至開(kāi)門和關(guān)門。
　　外圍盒，內(nèi)有通用串行總線（USB）、音響放大器和整流器，供各種子系統(tǒng)使用。
　　電源，在椅座下方，供輪椅移動(dòng)和電腦系統(tǒng)使用，還有備用電池。
　　其實(shí)，霍金的輪椅就是一個(gè)智能機(jī)器，并且在逐漸改進(jìn)，這個(gè)智能機(jī)器目前經(jīng)歷了三次升級(jí)。
　　霍金輪椅的1.0版本包括：輪椅，語(yǔ)音合成器，電機(jī)，控制器，電話答錄機(jī)，液晶顯示屏等?；艚鹪?1歲時(shí)患了肌萎縮性側(cè)索硬化癥（ALS），也稱運(yùn)動(dòng)元神經(jīng)病，是一種無(wú)法治愈而且致命的疾病?；歼@種病后病人慢慢喪失運(yùn)動(dòng)能力，到后來(lái)甚至因?yàn)楹粑『秃聿考∪饴楸圆荒馨l(fā)音，并因此而不能說(shuō)話，常在三五年后死亡，幸運(yùn)的是霍金奇跡般地生存下來(lái)。
　　1985年，霍金因患肺炎做了氣管穿刺手術(shù)，徹底喪失了說(shuō)話能力，但是還有三個(gè)手指能活動(dòng)。這時(shí)，美國(guó)加利福尼亞州一位名叫瓦特·沃爾托茲的電腦工程師為霍金設(shè)計(jì)了一個(gè)名為“平等器”的電腦程序，其中的文本文件是Word+。這個(gè)程序可以讓霍金從屏幕上選擇詞匯，只要他按動(dòng)手中的開(kāi)關(guān)選擇詞匯后，就會(huì)轉(zhuǎn)入語(yǔ)音合成器發(fā)出聲音來(lái)。
　　后來(lái)，劍橋調(diào)節(jié)通訊公司的大衛(wèi)·梅森又改進(jìn)了這套設(shè)備，并安裝在了霍金的輪椅上，使霍金“說(shuō)話”的速度大大加快，每分鐘可“說(shuō)”出15個(gè)詞，如果需要還可以把文字直接打印出來(lái)。
　　輪椅的2.0版本
　　2005年后，霍金徹底喪失了運(yùn)動(dòng)能力，連手指都不能活動(dòng)了，這讓他以前靠手指來(lái)操作輪椅上的電腦的方式完全失效，為此，英特爾的創(chuàng)始人摩爾設(shè)計(jì)了2.0版本的輪椅，讓霍金能繼續(xù)與外界交流，而且是通過(guò)交談來(lái)實(shí)現(xiàn)。這個(gè)2.0版本的輪椅主要通過(guò)眼動(dòng)追蹤、聯(lián)想輸入和語(yǔ)音合成器播放來(lái)幫助霍金與他人交流，并表達(dá)自己的思想。研究人員為霍金設(shè)計(jì)了一個(gè)眼鏡，上面安裝了紅外線發(fā)射器和檢測(cè)肌肉活動(dòng)的探測(cè)器，通過(guò)霍金說(shuō)話時(shí)面部肌肉的收縮和舒張來(lái)激活輔助系統(tǒng)，并用眼球控制紅外線發(fā)射器，選定在屏幕中輪流出現(xiàn)的英文字母。
　　例如，當(dāng)霍金想說(shuō)點(diǎn)子（idea）時(shí)，面頰肌肉收縮激活輔助系統(tǒng)，電腦屏幕上會(huì)出現(xiàn)i字母，這時(shí)霍金的眼球動(dòng)一下，電腦屏幕上就會(huì)不斷顯示以i開(kāi)頭的英文單詞，直到idea出現(xiàn)，霍金再動(dòng)一下眼球就表示選定這個(gè)字母，這就如同普通人用手操作鼠標(biāo)時(shí)的兩次點(diǎn)擊確定一樣。當(dāng)霍金依次選擇單詞并造句完畢，就可把一個(gè)句子發(fā)送到語(yǔ)音合成器，由后者說(shuō)出來(lái)。
　　當(dāng)然，由英特爾設(shè)計(jì)的語(yǔ)音是美式英語(yǔ)，這使得作為英國(guó)人的霍金的口音是美音，讓人感到怪怪的，尤其是讓英國(guó)女王伊麗莎白對(duì)霍金的發(fā)音頗有微詞。她在一次會(huì)見(jiàn)霍金時(shí)問(wèn)他：“還是美國(guó)口音？”霍金回答說(shuō)：“是的，而且這個(gè)聲音已經(jīng)拿到了版權(quán)?！比藗兌贾?，伊麗莎白對(duì)英語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)十分看重，以致英國(guó)以她的發(fā)音作為英式英語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)音，而且伊麗莎白對(duì)英語(yǔ)的用詞也嚴(yán)格到不遵循美式英語(yǔ)的約定俗成使用。例如，英國(guó)女王在圣誕和新年講話時(shí)從來(lái)不說(shuō)Merry Christmas（圣誕快樂(lè)），而是說(shuō)Happy Christmas，認(rèn)為這才是正宗英語(yǔ)。
　　但不管是美音還是英音，經(jīng)過(guò)人工智能的幫助，霍金通過(guò)2.0版本的輪椅再次延續(xù)了與他人的交流。
　　霍金使用的利用紅外線監(jiān)測(cè)面部肌肉活動(dòng)的裝置并轉(zhuǎn)化為選擇單詞的電腦上的輸入軟件仍然是Word+，這個(gè)時(shí)候霍金每分鐘還可以輸入五六個(gè)單詞，所以，每天霍金的面部肌肉都繃得緊緊的，以便其寫文章、收發(fā)郵件和瀏覽互聯(lián)網(wǎng)。
　　但是到了2011年，霍金的病情進(jìn)一步惡化，每分鐘僅能輸入一兩個(gè)詞，霍金不得不再次求助于老朋友摩爾。摩爾讓英特爾的首席技術(shù)官賈斯汀·拉特納組建了一個(gè)人機(jī)交流的技術(shù)團(tuán)隊(duì)去拜訪霍金，以便找到霍金的問(wèn)題，并幫助他。然而，從見(jiàn)面到發(fā)出第一句有30個(gè)詞的話歡迎拜訪者，霍金用了20分鐘。這讓技術(shù)團(tuán)隊(duì)感到霍金與人交流的問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重。
　　針對(duì)霍金遣詞造句的困難，技術(shù)團(tuán)隊(duì)對(duì)霍金的設(shè)備進(jìn)行了改造升級(jí)，研發(fā)了一個(gè)可供所有殘障人士使用的交互系統(tǒng)工具包ACAT（輔助情境感知工具包），是一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目。這個(gè)版本可以算作是霍金輪椅的2.1版本，因?yàn)檫€是利用面部肌肉動(dòng)作來(lái)操作電腦。ACAT允許使用者通過(guò)幾乎任何面部動(dòng)作來(lái)進(jìn)行交互操作。升級(jí)后的軟件由于集成了SwiftKey的人工智能預(yù)測(cè)技術(shù)，霍金僅需要輸入15%～20%的字母，電腦軟件就能預(yù)測(cè)出剩下的內(nèi)容，還能夠在霍金輸入一個(gè)單詞后預(yù)測(cè)出下一個(gè)可能的單詞。利用升級(jí)后的軟件霍金依然靠面部肌肉和眼球控制打字（輸入），但其對(duì)文件進(jìn)行瀏覽、編輯、管理和在多任務(wù)間進(jìn)行切換和收發(fā)電子郵件等日常任務(wù)的速度提高了10倍。
　　當(dāng)然，在輸入方面，效率提高并非太快。在沒(méi)有使用ACAT之前，霍金的輸入速度是每分鐘1.5個(gè)單詞（20分鐘30個(gè)單詞），使用ACAT后霍金的輸入速度至少提高了一倍，也就是每分鐘輸入三四個(gè)單詞。所以人們計(jì)算霍金在向中國(guó)公眾發(fā)一條有99個(gè)詞的微博時(shí)，即便沒(méi)有錯(cuò)誤，也需要30多分鐘。再加上思考以及排版、審閱等，估計(jì)霍金發(fā)布一條微博得用40分鐘左右。
　　3.0版本：用思想控制輪椅
　　霍金使用的2.1版本的輪椅或許在某一天就會(huì)因?yàn)槠洳∏榈淖兓鵁o(wú)法使用，因此，人機(jī)交流的專家已經(jīng)開(kāi)始設(shè)計(jì)3.0版本的智能輪椅，但是也并非只是為霍金一人設(shè)計(jì)，而是讓所有重度殘障人士都可以使用。但是，由于霍金已經(jīng)習(xí)慣了以前的2.1版本，而且3.0版本也需要學(xué)習(xí)，目前霍金對(duì)3.0版本的輪椅還不習(xí)慣使用。
　　3.0版本的智能輪椅是基于喉嚨肌肉發(fā)音時(shí)的收縮和舒張來(lái)設(shè)計(jì)的。當(dāng)人們說(shuō)話時(shí)，大腦語(yǔ)言中樞會(huì)發(fā)出信號(hào)到喉嚨，使喉嚨的肌肉群協(xié)同收縮和舒張而發(fā)出聲音。即使一個(gè)人說(shuō)話不說(shuō)出聲，或者只是說(shuō)出來(lái)只有自己能聽(tīng)到，喉部的肌肉群也必須要運(yùn)動(dòng)。因此，想要說(shuō)出的話即使在大腦中，也會(huì)產(chǎn)生指令讓喉嚨肌肉群運(yùn)動(dòng)。如果能設(shè)計(jì)一個(gè)軟件讀懂喉嚨肌肉群的運(yùn)動(dòng)要說(shuō)出什么詞和句子，然后傳輸?shù)秸Z(yǔ)音合成器上，就會(huì)形成人的話語(yǔ)（言語(yǔ)）。也就是說(shuō)，當(dāng)人的思維想說(shuō)什么話時(shí)，由機(jī)器解讀喉部肌肉的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)發(fā)話，思想就可直接控制言語(yǔ)。當(dāng)然，這還不是直接的思想控制話語(yǔ)，是要通過(guò)喉部肌肉運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化，但比靠電腦軟件檢測(cè)臉部肌肉的運(yùn)動(dòng)來(lái)說(shuō)話更為直接一些。
　　美國(guó)航空航天局艾姆斯研究中心研發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，不僅可以讓殘障人士自主控制電動(dòng)輪椅，而且能將思想（想說(shuō)的話）傳送到語(yǔ)音合成器，讓后者說(shuō)話。這個(gè)軟件是一個(gè)電極，可以貼在喉嚨的皮膚上，使用者頭腦中只要有諸如“向右”或“停下”的想法（指令），輪椅或機(jī)器便會(huì)自動(dòng)探測(cè)到喉部微弱的電子脈沖，并翻譯出來(lái)，然后向輪椅傳達(dá)正確的指令，讓輪椅向右轉(zhuǎn)或停下來(lái)。同樣，一個(gè)人想說(shuō)什么話，也可以通過(guò)這個(gè)軟件探測(cè)到，并向語(yǔ)音合成器傳輸指令，讓后者說(shuō)出話來(lái)。
　　霍金已經(jīng)嘗試過(guò)這種人（腦）-機(jī)界面，但他感到并不適應(yīng)。原因有兩個(gè)：其一，這種軟件需要他重新學(xué)習(xí)來(lái)操控，過(guò)去是靠面頰肌肉收縮和眼睛發(fā)出指令來(lái)操控輪椅和電腦，現(xiàn)在需要用喉部肌肉收縮來(lái)操控，顯然是一種需要重新掌握的技能;其二，按照目前的技術(shù)，電極擺放的位置如果稍微偏移，辨識(shí)率就會(huì)從94%下降到50%以下，因此，不太準(zhǔn)確。有時(shí)候，電極解讀并發(fā)送到語(yǔ)音合成器說(shuō)出來(lái)的話，并非是霍金的本意。所以霍金目前并沒(méi)有使用。
　　盡管霍金尚未使用新的人機(jī)交流軟件，但這方面的人工智能已經(jīng)在幫助其他癱瘓病人了，即用思想來(lái)控制不能運(yùn)動(dòng)的四肢，使四肢能運(yùn)動(dòng)。美國(guó)大學(xué)生伯克哈特5年前因潛水意外導(dǎo)致頸椎脊髓受損，四肢永久癱瘓。2014年，美國(guó)俄亥俄州神經(jīng)中心的研究人員設(shè)計(jì)了一個(gè)芯片（軟件）植入伯克哈特大腦，讓其用思想控制運(yùn)動(dòng)。這個(gè)在腦部植入的芯片名為“神經(jīng)生命”。研究團(tuán)隊(duì)先用腦部掃描確定控制伯克哈特手部活動(dòng)的區(qū)域，再將芯片植入該處。芯片連通一個(gè)連接器，后者又與電腦相連。電腦使用特殊軟件解讀大腦傳來(lái)的信號(hào)，再發(fā)送指令給鑲有130個(gè)電極的電子手袖套，以刺激手部肌肉，讓伯克哈特得以繞過(guò)脊髓控制手部活動(dòng)。
　　當(dāng)然，伯克哈特需要訓(xùn)練這臺(tái)計(jì)算機(jī)上的軟件讀懂他的想法，并對(duì)他想執(zhí)行的動(dòng)作進(jìn)行解碼，這些指令傳遞給右臂戴著的電極手套。經(jīng)過(guò)一年多的練習(xí)，現(xiàn)在伯克哈特已經(jīng)可以用思維控制右手及手指，拿起杯子、刷信用卡，甚至玩吉他游戲。
　　同樣，如果把芯片植入大腦的語(yǔ)言中樞，就可以在大腦想說(shuō)什么話的時(shí)候通過(guò)人機(jī)指令讓輪椅上的語(yǔ)音合成器說(shuō)出話來(lái)。只是，這需要向霍金的大腦語(yǔ)言中樞植入芯片，同時(shí)霍金還得學(xué)習(xí)如何操作電腦軟件。如果霍金還想用思想控制輪椅的移動(dòng)，也得向他的大腦運(yùn)動(dòng)中樞植入芯片。由于霍金目前還不接受，所以這種3.0版本的輪椅還幫不到霍金，但終有一天霍金和其他類似的殘障者可能會(huì)用上。
　　當(dāng)然，霍金的輪椅的價(jià)格可能也會(huì)影響到殘障者的使用。由于目前霍金的輪椅都是科技公司的友情贊助，沒(méi)有讓霍金埋單，因此也沒(méi)有一個(gè)準(zhǔn)確的價(jià)格。有人粗略估算了一下，大概得花95萬(wàn)～100萬(wàn)美元。如果再發(fā)展到3.0版本，恐怕價(jià)錢更高。
　　【責(zé)任編輯】張?zhí)锟?/p>