“升起防護罩！”
在無數集《星艦迷航》中，這是科克（Kirk）船長向船員們吼出的第一句命令，升起力場在敵人炮火下保護“企業號”飛船。
在《星艦迷航》中力場是極為重要的，以至於戰鬥的走向可以用力場的支撐情況來衡量。每當力場中的能量被抽走，“企業號”的船體就會承受越來越多的破壞性重擊，直到最終不可避免地投降。
力場是什麼？在科幻小說裡，它非常簡單，帶有誤導性：一重薄薄的、隱形卻無法穿透的屏障，能使激光和火箭之類的東西改變攻擊方向。乍一看，力場非常簡單，它被作為一種戰場上的屏障創造出來似乎是近在眼前的事。人們期待某天會有某個富有進攻心的發明家宣布發現了防禦性力場。但事實遠比這複雜得多。
正如愛迪生的電燈泡革新了現代文明一樣，力場可能會對我們生活的每個方面都產生深遠的影響。軍隊可以利用力場變得固若金湯，創造一道抵抗敵人導彈和子彈的、無法穿透的盾牌；橋樑、高速公路和道路理論上也可以只按一下按鈕就被建造起來；整個城市可以立即在沙漠中破土而出，擁有完全用力場建造的摩天大樓。籠罩整個城市的力場可以讓居住其中的居民任意消除天氣帶來的影響，這些天氣狀況包括強風、暴雪和龍捲風。有了力場形成的安全罩，城市可以建造在海洋底下，玻璃、鋼鐵和灰漿可以被完全替代。
不過，非常奇特的是，力場或許是最難以在實驗室裡創造出來的裝置之一。事實上，一些物理學家相信除非重新定義其性質，否則創造力場或許是不可能的。
力場的概念出自19世紀偉大的英國科學家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）的研究。
法拉第出生於工人家庭（他的父親是一名鐵匠），在19世紀初長期靠當裝訂工人學徒勉強維持生計。年輕的法拉第為兩種新力量的神秘性質被揭開而帶來的巨大突破而著迷。這兩種新力量是：電和磁。法拉第貪婪地盡一切所能來學習與這些問題相關的知識，並參加了倫敦皇家學院漢弗萊·戴維（Humphrey Davy）教授的講座。
一天，戴維教授因眼睛在一次化學事故中嚴重受傷，於是他僱用法拉第當了他的秘書。法拉第漸漸取得了皇家學院科學家們的信任，並且被允許獨立操作重要的實驗，儘管他常常受到冷落。年復一年，戴維教授越來越嫉妒他年輕的助手所表現出的傑出能力。法拉第已經成為了實驗圈子裡冉冉上升的新星，最終使戴維教授的名聲黯然失色。 1829年，戴維去世後，法拉第得以自由地作出一系列驚人的突破，導致了發電機的產生。發電機能夠為整個城市提供能源，並改變了世界文明的進程。
法拉第最偉大發現的關鍵是他提出的“力場”。如果有人將鐵屑灑在一塊磁鐵上，他會發現鐵屑將呈現一種充滿整個空間的蜘蛛網狀。這就是法拉第的力線，以圖形的形式描繪出了電和磁的力場在空間如何散佈。舉例來說，如果有人繪出整個地球的磁場，他會發現力線從N極地區伸出，然後在S極地區落回到地球上。同樣的，如果有人畫出雷陣雨中一枚避雷針的電場線，他會發現力線集中在避雷針的尖端。在法拉第看來，“空的空間”其實根本不是空的，而是充斥著能使遙遠的物體移動的力線（由於法拉第早年窮困，未能接受足夠的數學教育，因此他的筆記本中密密麻麻的不是等式，而是這些力線的手繪圖表。具有諷刺意味的是，數學訓練的不足使他創造瞭如今任何物理課本中都可以看到的、美麗的力線圖表。從科學上來說，物理圖像通常比用來對其進行描述的數學語言更為重要）。
歷史學家推測過法拉第是如何發現力場的，它是所有科學中最重要的概念之一。事實上，全部的現代物理學都是用法拉第的力場語言寫就的。在1831年，他作出了關於力場的關鍵性突破，永遠改變了人類文明。一天，他正將一塊孩子的磁鐵移過一個金屬線圈時，注意到他甚至沒有碰到電線就得以在金屬線裡製造了一股電流。這意味著磁鐵不可見的場可以推動電線中的電子穿越“空的空間”，產生電流。
法拉第的力場曾經被視為毫無用處，是無所事事的隨意塗鴉，但它是真實的、物質的力量，可以移動物體並產生能源。今天，你閱讀這一頁所依賴的光線或許就是由法拉第關於電磁學的發現而點亮的。一塊轉動的磁鐵會製造力場，推動一根電線中的電子，使它們以電流的形式移動，其後，這股電線中的電力可以點亮一盞燈泡。與此同樣的原理被用於生產給全世界城市提供能量的電力。比如，水流過一個大壩，在一個渦輪機中產生巨大的磁力進行轉動，這個渦輪機隨後再推動電線中的電子，形成一股電流，通過高壓電線輸送到用戶。
換言之，邁克爾·法拉第的力場是驅動現代文明的動力，從電動推土機到如今的計算機、互聯網還有iPod都源於力場的發現。
法拉第的力場在一個半世紀裡成為物理學家的靈感之源。這些力場給了愛因斯坦極大的啟示，他用力場的語言來描述和表達他的引力理論。同樣的，我也被法拉第的成果所啟迪。多年前，我成功地運用法拉第的力場表現了弦理論（theory of strings），從而建立了弦場論（string field theory）。在物理學界，如果有人說“他思考起來像一根力線”，那便意味著一種高度的讚美。
在過去的兩千年中，物理學的最高成就之一便是分離並鑑別了主宰宇宙的四種力。它們全部都可以用法拉第提出的力場的術語進行描述。不幸的是，它們全都不怎麼具備大多數科幻小說中所描述的力場的特性。這些力是：
其次，或許可以使用一個等離子體來模擬力場的一些定律。等離子體是“物質的第四種狀態”。固體、液體和氣體組成了物質常見的三種狀態，但宇宙中最普遍的物質形態是等離子體——一種氣體或者被電離的原子。由於等離子體的原子是被撕裂的，電子被從原子上撕下，因此原子帶電，可以用電場和力場輕易進行控制。
等離子體是宇宙中量最大的可見物質形態，組成了太陽、星體和星際氣體。等離子體對我們來說並不熟悉，因為它們在地球上很少見，不過我們可以見到以閃電、太陽和等離子電視機內部結構形式出現的等離子體。
如上所述，如果一股空氣被加熱至足夠高的溫度，便能由此創造出一個等離子體，它可以被電磁場塑造與改變外形。比如，它可以被改變成一層薄片或窗戶的形式。另外，這個等離子窗可以用來從普通空氣中隔離出一個真空區域。原則上，我們或許可以為防止一艘宇宙飛船中的空氣洩漏到太空中，從而在太空和宇宙飛船之間創造一個簡易、透明的分界面。
在《星艦迷航》中，這樣的力場被用以將停放小型穿梭機的穿梭機港與太空的真空隔離開來。這不僅是一個節約道具開支的好辦法，也是一個可以實現的裝置。
等離子窗是由物理學家艾迪·赫斯基科維奇（Ady Herschcovitch）於1995年在紐約長島的布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）發明的。他開發等離子窗是為了解決使用電子束焊接金屬的難題。焊工的噴出高熱氣流，將金屬部件融化後焊接在一起。不過，這必須在真空中完成。這一要求相當讓人為難，因為這意味著要創造一個可能與整個房間一樣大的真空盒。
赫斯基科維奇博士發明等離子窗解決了這一問題。等離子窗僅僅3英寸高，直徑不到1英寸，將空氣加熱至12 000華氏度，製造出一個被電磁場困住的等離子體。與在任何氣體中一樣，這些粒子利用壓力來阻止空氣湧入真空空間，由此將空氣從真空中分離（在等離子窗中使用氬氣的時候，它的火苗是藍色的，就像《星艦迷航》中的力場一樣）。
等離子窗在太空旅行和工業生產中應用廣泛。在許多時候，製造工藝流程要求能實現工業上的微型加工和，但在真空中作業會很昂貴。可是，有了等離子窗，我們可以廉價地通過輕點按鈕就控制真空。
那麼，等離子窗是否也可以當作無法穿透的盾牌使用呢？它能承受住來自光炮的衝擊嗎？在未來，我們可以想像更有威力、溫度更高的等離子窗，足以破壞或者汽化進攻的砲彈。但要創造如同科幻小說中那樣更為實際的力場，我們需要數種技術層層堆積起來的組合。可能每一層都並不能堅固到足以阻止砲彈，但它們的組合或許能做到。
最外層可以是一道增壓後的等離子窗，被加熱至足夠汽化金屬的溫度。第二層可以是高能量激光束組成的簾幕。這道簾幕包含數千束交叉成十字形的激光束，形成能夠加熱通過的物體，並且有效汽化它們的網格。我將會在下一章中進一步討論激光。
在這道激光簾幕後，我們可以想像一層由“碳納米管”組合而成的網格，由單個碳原子組成的微小管子厚度相當於一個原子，強度比鋼高出許多倍。雖然目前單個碳納米管長度的世界紀錄僅為15毫米左右，但我們可以指望有朝一日或許能製造出任意長度的碳納米管。假設碳納米管能編制成網格的形式，它們就能成為強度極高的屏障，可以擊退大多數攻擊物。這道屏障將是隱形的，因為每個碳納米管的尺寸都是原子等級的，但是碳納米管網格會比任何常規材料都堅固。
如此一來，經過等離子窗、激光簾幕和碳納米管屏障的組合，我們可以想像創造一道基本不能被大多數方式穿透的隱形牆。
然而，哪怕是這一多層屏障也不能完全符合科幻小說中力場的特性——因為它將是透明的，所以無法抵擋激光束。在使用激光炮的戰鬥中，這一多層掩體將毫無用處。
想要抵擋激光，這一掩體需要同時擁有“光致變色材料”的先進技術。這是一種應用在太陽眼鏡上的工藝，這些太陽眼鏡一旦暴露在UV輻射下顏色就會自動變深。光致變色材料的基礎是至少能以兩種狀態存在的分子：在其中一種狀態下，分子是透明的；但這樣的分子一旦暴露在UV輻射之下就會立刻變成第二種狀態，即不透明的。
有一天，我們或許可以使用納米科技製造一種像碳納米管一樣堅固的物質，並且它在暴露於激光之下時其光學性質會發生改變。如此一來，一道盾牌就可以抵擋激光衝擊和粒子束，或者炮火。但是，目前能夠抵禦激光束的光致變色材料尚不存在。
在科幻小說中，力場除了抵禦鐳射槍的攻擊外還有另一個功用，那就是作為抵抗萬有引力的平台。在電影《回到未來》中，邁克爾·J.福克斯踏著一塊飛行滑板，它與普通滑板一模一樣，區別之處在於它漂浮在街道上空。根據我們現今已知的物理定律（我們將在第10章中談到），這樣一個抗引力的裝置是不可能實現的。但磁浮滑板和磁浮汽車在未來是可能成為現實的，將給予我們隨意托舉大型物體的能力。在未來，如果“室溫超導體”成為現實，我們就有可能使用磁力場的力量抬升物體。
如果我們將兩條磁鐵N極對N極並排放置，兩塊磁鐵會相互排斥（如果我們旋轉磁鐵，使一條的N極對準另一條的S極，則兩條磁鐵會相互吸引）。這一定理，即同極相斥，可以用來將巨大的重量抬離地面。有幾個國家已經建造了先進的磁懸浮列車，這樣的列車使用普通的磁力使車身略微懸浮在鐵軌上方。由於懸浮在空氣的軟墊之上，沒有摩擦，它們能以破紀錄的速度行駛。
在1984年，世界上第一套商業化自動磁懸浮系統在英國投入運營，從伯明翰國際機場行駛到近旁的伯明翰國際火車站。在德國、日本和韓國也建造了磁懸浮列車，儘管它們沒有被設計成高速列車。第一列高速運營的商用磁懸浮列車是中國上海的高速磁懸浮列車示范運營線（IOS），行駛速度為每小時268英里。日本山梨縣的磁懸浮列車達到了每小時361英里的速度，比有輪子的普通列車還快。
但是這些磁懸浮裝置極其昂貴。增加效率的方法之一是使用超導體，它們在被冷卻到絕對零度左右的時候會完全喪失電阻。超導性是由海克·昂尼思（Heike Onnes）在1911年發現的。如果將某些物質冷卻到絕對零度以上不足20K的範圍內，電阻將會完全喪失。通常，當我們將金屬的溫度降低，它的電阻會逐漸減弱（這是因為在金屬絲中原子的隨機振動妨礙電子的流動，降低溫度後這些隨機運動也減少，因此電子流動的阻力變小）。可是，讓昂尼斯大吃一驚的是，他發現某些特定材料的電阻在極端溫度下突然變為零。
物理學家們立刻認識到了這一結果的重要性。電源線在將電力經長距離傳送的過程中會損失大量的能量。但若是電阻能被全部消除，電力就幾乎可以毫無損失地進行傳輸。事實上，如果電力被置於金屬線圈中循環流通的話，那電力可以流通數百萬年，而能量絲毫無損。除此之外，只要用很小的代價就能用這些巨大的電流創造出力量非凡的磁鐵。有了這樣的磁鐵，我們可以輕易抬起巨大的重量。
儘管有了這些奇蹟般的力量，但超導體的問題在於將大塊磁鐵浸入巨大容器所盛的超冷液體（supercooled liquid）中是非常昂貴的。想保持液體的超冷卻狀態就需要巨型製冷設施，這使得超導磁鐵的代價昂貴得難以承受。
但物理學家有一天或許能創造出“室溫超導體”——固體物理學家們的聖物。在試驗室中發明室溫超導體將會激發第二次工業革命。能抬起汽車和火車的強力磁場將會變得非常廉價，以至於懸浮汽車或許會在經濟上變得可行。有了室溫超導體，在《回到未來》、《少數派報告》（Minority Report）和《星球大戰》（Star Wars）中夢幻般的飛行汽車就會成為現實。
原則上，人們可以系上一條用超導磁鐵製成的腰帶，它可以讓人毫不費力地離開地面飄在空中。有了這麼一條腰帶，我們可以像超人那樣在空中飛行。室溫超導體是如此的非同凡響，以至於它們曾經出現在無數科幻小說中，比如拉瑞·尼文（Larry Niven）在1970年創作的《環形世界》（Ringworld）系列。
幾十年來，物理學家一直在室溫超導體上進行探索，結果卻徒勞無功。這已經成為一項冗長、混亂的程序，將材料一種一種地進行測試。但是，在1986年，一個被稱為“高溫超導體”的新級別物質被發現會在溫度為絕對零度以上90度，或者說90K時成為超導體，這在物理界引起了轟動。水閘的閥門似乎被打開了，月復一月，物理學家們你追我趕地要打破下一個超導體的世界紀錄。有那麼短暫的一刻，室溫超導體的可實現性似乎要跳出科幻小說的書頁進入我們的起居室。可是在多年的極速前進之後，對於高溫超導體的研究進程開始放慢了。
目前，高溫超導體的世界紀錄由一種叫汞鉈鋇鈣銅氧化合物的物質所保持，它在138K（-135°C）時成為超導體。這一相對較高的溫度離室溫超導體仍有很大距離。但是138K這一紀錄仍然具有重要意義。氮在77K液化，而且液氮的價格和普通的牛奶差不多。因此，普通的液氮可以用相當低廉的代價冷卻這些高溫超導體（當然，室溫超導體根本用不著冷卻）。
令人非常尷尬的是，目前沒有理論能解釋這些高溫超導體的性質。事實上，一塊諾貝爾獎牌正等待著某個能解釋高溫超導體如何運作的敬業的物理學家來領取（這些高溫超導體是由被排列成特殊層次的原子製成的。許多物理學家建立理論，解釋怎樣將陶瓷材料進行分層能使得電子在各個層次間自由流動成為可能，從而形成了超導體。可是這一過程究竟如何具體運作仍是一個謎）。
由於缺乏這方面的認知，物理學家不幸要採用一種漫無目的的程序來尋找新的高溫超導體。這意味著那傳說中的室溫超導體可能會在明天被發現，可能會在明年被發現，或者根本就發現不了。沒有人知道這一物質會在何時或是否能尋找到。
可一旦室溫超導體被發現，一股商業應用的狂潮就將掀起。比地球磁場（約0.5）強大數百萬倍的磁場或許會變得隨處可見。
超導體的共同屬性之一被稱為邁斯納效應（Meissner effect）。如果將一塊磁鐵放置到一個超導體上，磁鐵將會懸浮起來，就像被某種看不見的力舉起一樣（邁斯納效應的原理是磁鐵有在超導體內部製造一個“鏡像”的能力，因此磁鐵本身與鏡像磁鐵會相斥。另一種對這種效應的解釋是，磁場無法穿透一個超導體。相反，磁場會被排斥。因此，如果一塊磁鐵被放置在超導體上方，其力線會被超導體所排斥，於是力線將磁鐵向上推，使其懸浮）。
應用邁斯納效應，我們可以想像未來的高速公路將由這樣的特殊陶瓷建成。於是我們的腰帶和輪胎中所放置的磁鐵能使我們魔法般地向我們的目的地漂去而不發生摩擦，也不損失能量。
邁斯納效應只在具有磁性的材料上起作用，比如金屬。但也可能可以使用超導磁鐵使無磁性材料懸浮，稱作順磁體和抗磁體。這些物質本身並不具有磁性，它們只有在處於外部磁場中的時候才能獲得磁性。順磁體受外磁鐵吸引，而抗磁體則被外磁鐵排斥。
舉個例子，水是一種抗磁體。由於一切生物都由水組成，它們可以在強力磁場中懸浮。在一個約15（相當於地表磁力3萬倍）的磁場中，科學家們已經能使小型動物——比如青蛙懸浮。但是如果室溫超導體成為現實，它應有可能通過使用抗磁體的屬性使大型非磁體也同樣懸浮。
總而言之，在科幻小說中被廣為刻畫的力場不符合宇宙四種力的描述。但我們仍有可能通過使用由等離子窗、激光幕牆、碳納米管和光致變色材料組成的多層盾牌來模擬力場的多種性質。但是開發出這樣一道盾牌可能會是幾十年、甚至一個世紀之後的事情了。如果室溫超導體被發現，人們或許可以使用強大的磁場抬升汽車和火車並讓它們急速升空，正如科幻電影中那樣。
考慮到這些因素，我將力場歸類為“一等不可思議”——即以今天的科技無法實現，但在一個世紀左右的時間裡能以改良後的形式成為可能的事物。
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