文/任紫陌

2020年，时隔20年的《哈利·波特与魔法石》，在中国内地重映。仅4天的时间，票房就已过亿，一时间在社交平台上，那些有关魔法的“迷惑行为”，也随着电影的热映，而冒了出来。

骑“扫帚”、耍“魔杖”，可以看出，虽然我们早已过了11岁，可我们的心，却仍然对魔法念念不忘。但是，魔法真的存在吗？有了魔法，就真的可以挥舞魔杖，收拾乱七八糟的房间、复原破碎不堪的书籍、大变活人为青蛙王子吗？

喜欢魔法的人可能会说：‘管它真的假的，只要我相信，它就是真的’。这句话并没有问题，但物理学家听了它，脸色大概就不好看了。因为从物理学的角度上说，奇幻小说中出现的魔法，简直就是在“侮辱”他们的智商。

查尔斯·L.阿德勒从小就非常喜欢看科幻和奇幻小说，15岁的时候，查尔斯根本分不清，小说中的设置，哪些来自于现实中的科学，哪些则完全脱离了现实。

长大后，查尔斯成了职业物理学家，这时的他回头再看年幼时喜欢的小说，才发现在许多的科幻、奇幻作品中，错误的“科学”从未曾缺席过，比如，他很喜欢的《哈利·波特》中出现的魔法，就违背了物理学定律。

于是，查尔斯便以此作品为例，从质量守恒、量子力学、热力学第二定律等角度，谈了谈变形术、瞬间移动、修复咒的现实性。

在《巫师外星人和星舰》这本书中，查尔斯用通俗易懂的文字，将科幻、奇幻的文学性，与物理的严谨性结合在了一起，具有很高的可读性，同时也纠正了我对魔法的错误认知。

虽然读后，确实会豁然开朗，但还是需要具备一些数学、化学、物理学、天文学的基本知识。所以，想要完全理解这本书，其实“门槛”也并不低。接下来，我将和大家一起分享本书第一部分的内容。

1. 变形术，违背了质量守恒定律

哈利回头看时，却见穆迪教授正一瘸一拐地走下大理石阶梯。他已经取出魔杖，魔杖直指一只纯白的雪貂。后者趴在大理石地面上瑟瑟发抖，就在刚才马尔福所在的位置。

德拉科·马尔福被穆迪教授，用魔法变成雪貂的“名场面”，你是否还记得？手举杖落，15岁的马尔福一下子就变成了雪貂。这画面倒是很魔幻，却违背了质量守恒定律。

质量守恒定律，一直都是科学界公认的基本概念之一。简单地说，就是在封闭的系统空间内，总质量是不变的。15岁的马尔福60KG，而雪貂的质量却只有2KG，那么问题来了：剩余的58KG去哪了？

爱因斯坦曾说：“质量可以兑换成能量，定价为9×10的16次方（J/KG）。”

也就是说，如果变形术真的存在，那么在变形的过程中，丢失的58KG质量全都要转化成能量。若我们无法妥善处理这多余的能量，就会发生爆炸。举个例子，你或许可以理解得更加直观。

1945年，美国向日本广岛投下了名为“小男孩”的原子弹。其爆炸产生的破坏力，不仅致使8万多人丧生，还把所有的建筑物，也一并摧毁殆尽了。

可是你知道吗？原子弹释放的能量，大约才8.4×10的13次方（J），它仅仅与1g物质转化所兑换的能量相当。按照这个来推算，若把58KG全部兑换成了能量，那冲击波所产生的破坏，将是毁灭性的。所以，如果魔法师们真的想使用这个魔法，就必须要先想好这些能量的“安放处”。

而如果，魔法真的可以“安放”这些能量，比如将它们存放在另一个维度的空间里，或是用高能物质将其消耗掉，那么魔法师们为何放着如此厉害的能力不用，反而要舍近求远地去“大变活人”呢？

所以说，魔法能把人变成动物、东西等想法，虽然看上去很奇幻，用起来却一点也不现实。

2. 瞬间移动，根本不太可能

在《哈利·波特》中，有一个瞬间移动的咒语叫“幻影移形”。也就是一个人从一个地方消失，然后再以非人类的速度，立刻出现在另一个地方。

这个魔法看上去很酷，有了它你便可以环游世界了。但是，这样的魔法真的具有可行性吗？根据前面的解释，你应该已经理解了，完成人→动物、或人→物体的转变，需要处理的能量不容小觑，哪怕1%的能量不能处理妥当，其破坏力都是可怕的。

所以，假设一个60KG的人，在光速下，瞬间到达另一地方，所释放出的能量，该如何被妥善处理，其实是一个极为复杂的问题。在这种情况下，一些科幻、奇幻小说的作者，便试图用“量子力学”，来解释“幻影移形”。

因为在《论瞬间转移的理论与实践》一文中，确实提到过量子力学中的“隧穿”现象。所以，“量子力学”，真的可以解释“幻影移形”吗？事实上，量子力学确实跟瞬移有些相似，但它指的是电子之类的微粒，可以自由移动。那么，人可以实现瞬移吗？

回答这个问题之前，我们先来认识一下普朗克常数h，其数值为6.626×10的-34次方（J·s）。

“普朗克常数是用以描述量子化、微观下的粒子，例如电子及光子，在一确定的物理性质下，具有一连续范围内的可能数值。在描述量子大小方面，具有非常重要的地位。”

因其数值极小，也再一次说明了，量子力学只会对原子或比原子更小的微粒，产生影响这一事实。而人类的主要成分是碳水化合物，一个碳原子是由6个质子、6个电子、6个中子组成。所以，粒子间的“自由瞬间移动”，在人类身上实现的可能性并不大。

于是，有人提议加大h。这样的想法虽好，但还是过于理想。因为h是自然界客观存在的常数，没人知道该如何改变它。就算真的能改变它，也有可能会因此，而弄乱整个化学系统，甚至造成生物灭绝。

另一方面，量子力学中，即便是对粒子而言，想要精确地测量出它们要移动的轨迹、位置、和动量，也是几乎不可能实现的。根据海森堡的“不确定性原理”，及物理学的基本定律（△X）（△P）≥h来看，量子力学里的粒子位置和动量（速度），是不可能被同时确定的。

△X指的是，物体位置不确定性的范围（标准差）；△P（=质量×速度）则指的是动量不确定性的范围（标准差）

从△X与△P的乘积关系可知，如果将△X或△P中，任意一个数字的不确定性减小，就相当于让另一个数字的不确定性增大。也就是说，位置测定的越准确，相对应的动量（速度）就会测的越不准确。

另外，在《巫师外星人和星舰》这本书中，查尔斯还解释了超导现象，和超流体现象。因为它们的特点就是，电子可以毫无阻力的自由移动。

但，因为它们所需的温度是极低的，而现在，物理学家使用的“降温”技术，离实现物体的瞬间的转移还有很远的距离。所以，就目前的状况来看，瞬间移动就只是个“魔法”，毫无可行性。

3. 修复咒，违背了热力学第二定律

他们背对背站在房子中间，一名高瘦的魔法师，和一个矮胖的同行，用整齐划一的动作，挥动起魔杖。

家具纷纷飞回原来的位置：装饰品在空中恢复原样，羽毛嗖嗖地飞回靠垫，撕碎的书籍在半空中修复，降落在书架上......裂痕、碎片和孔洞纷纷消失，连墙面也自动擦拭得一干二净。

“修复咒”顾名思义就是将破碎的东西，修复如初。这听上去似乎很妙，因为从此妈妈再也不怕孩子搞破坏啦。但实际上，“修复咒”却是天方夜谭，因为它违背了热力学第二定律。

热力学第二定律告诉我们：“热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。而要使热量从低温物体，流向高温物体，你就必须做功。”

比如，想将玻璃碎片，重新恢复到之前那般的完整瓶子，就需要做功，也就是要消耗能量。而在这种情况下，自然就会引起熵的变化。因为“任何热反应过程中，整个世界的熵都必须增加。”

在热力学系统中，熵代表的是热量转化为功的程度，它是热量与温度的商，也是整个世界无序性的度量单位。那么，何为有序，何为无序呢？

还拿整理房间来说，当我们把课本、杯子、床单、冰淇淋等，用掷骰子的方式决定它们被放置的位置时，课本有可能会放在床上、杯子可能会放在书架上、床单也许会放在冰箱里、冰淇淋则有可能被堆放在桌子上。

这样的安排混乱不堪，但这样无序的状态，却是大概率会出现的状态。而“熵”就是事物接近混乱状态的程度，事物越无序越混乱，熵也会随之越大。

相反，当课本放在了书架上、杯子放上了书桌、床单放到了床上、冰淇淋放进了冰箱里，刻意为之的有序状态就形成了。而随着无序现象的消失或减少，熵的数目也相应减少了。

根据质量守恒定律来看，想要验证“修复咒”是否可以实现，则必须要确定熵前后的增减量是否一致，但这个计算起来比较复杂，所以我们换一个角度，从时间入手，来看“修复咒”是否可行。

还拿收拾房间来说，假设你有100件物品需要安放，而你也将房间分成了1000个部分。所以，你每放一件物品，就会有1000种放置方法。假设每摆放一件物品只需1秒，那么随机摆放好整个房间的物品，就需10的300次方（秒）。而1年=3.15×10的7次方≈10的8次方（秒），所以10的300次方（秒）≈10的292次方（年）。

10的292次方（年）是什么概念呢？我们知道宇宙目前才经历了138亿年，也就是1.38×10的10次方（年），而最长寿命的恒星红矮星的整个寿命，也只有10万亿年，也就是10的12次方（年）。科幻、奇幻小说中的“修复咒”动辄就要收拾几百、几千个物件，从花费的时间角度来说，它们远远超出了宇宙所经历的时间，和恒星的寿命，所以这怎么可能实现呢？

很多科幻（软）、奇幻迷们，也许根本就不在乎小说中出现的魔法和桥段，是否违背了物理学，或是常识。他们要的，是科幻、奇幻带来的满足感。而小说若是真的遵守了这些“原则”，那满足感反而会大打折扣。

作者查尔斯也意识到了这一点，但他却仍然希望通过《巫师外星人和星舰》这本书，为大家打开一扇科学之窗。因为书籍终究会被流传下来，在我们之后的子辈、孙辈、曾孙辈，或许知道了“真相”后，想法会与我们不一样。

正如普朗克所说：“一个新的科学真理取得胜利，并不是通过让它的反对者们信服，并看到真理的光明，而是通过这些反对者们最终死去，熟悉它的新一代成长起来。”

PS：《巫师外星人和星舰》这本书一共为四个部分，后面还有关于星际旅行、外星人和外星世界、以及古戈年的部分。如果你读完这篇文章，觉得很感兴趣，欢迎在评论区下方打“想看”，人数多的话，我会在接来的时间里，继续和大家分享后面几个部分书中的精彩内容哦。