人类终究活在星辰之下:亿万年的粒子,从天而降,写下另一种可能

作者:拓荒牛 分类:默认分类 时间:2025-05-04 12:03
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2003年,比利时,一场地方选举的结果被推翻。一个几乎没人听说过的候选人,突然多出了4096张票。系统重算后,全员票数一致,唯独她少了这4096张。软件没问题,硬件检测无误。唯一可能的解释:一个比特翻转了,而翻转它的,是一颗从宇宙深处飞来的粒子。

这不是孤例。

在超级玛丽的速通比赛中,玩家角色突然“瞬移”至高台,无法复现。模拟实验发现,只需改动一个高度坐标的比特,就能重现这个异常动作。而现实中,没有人按下那个键。最有可能的解释,是一次宇宙射线诱导的比特翻转

这类事件,在物理学里有名字:单粒子翻转(SEU)。它是由宇宙射线或其产生的次级粒子(如中子)在击中半导体芯片时引发的瞬时错误。它不会烧毁芯片,不留下痕迹,但能悄无声息地将一个“0”变成“1”。

为什么是4096?因为那正好是2的12次方。一个13位二进制串中,第13位从0翻成1,票数瞬间加了4096。这种错误非常罕见,但不是不可能。

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,是我们看不见却无处不在的“杀手锏”。它们是高能粒子流,来源包括太阳风、超新星爆炸、星系中心的黑洞。其中的高能部分,在撞击地球高空大气时,会产生粒子“瀑布”,包括μ子、中子、电子、光子。大部分在进入地表前就被吸收,但仍有一部分,尤其是中子,会一路杀入人类使用的计算设备。

一台拥有256MB内存的计算机,每个月大约会发生一次“比特翻转”(bit flip)——即某一位上的0变成1,或1变成0。你电脑崩溃一次,有可能就是因为它。

更糟糕的,是它们在高空的威胁。2008年,一架空客A330从新加坡飞往澳大利亚,飞行中突然俯冲200米,接着再次暴跌120米,119人受伤。调查显示,一块惯性参考单元的比特翻转,将“高度”误判成“迎角”,导致飞控系统误以为飞机失速,强行压低机头。最可能是一个中子打中了CPU的高位地址位。

在太空中更严重。NASA统计,STS-48任务期间,仅5天,就记录了161个比特翻转。

所以,火星车“毅力号”为什么搭载的是2001年的PowerPC处理器?不是因为NASA落后,而是因为这款老CPU用的是抗辐照设计。它能承受普通处理器40倍的辐射,是为了避免关键比特翻转导致整个任务失败。

这些粒子甚至改变了人类的历史轨迹。1978年,Intel曾因为比特翻转问题,调查芯片生产源头,发现是格林河上的铀矿污染了陶瓷封装材料。哪怕极微量的铀或钍,其α粒子也足以击穿半导体,诱发软错误。

后来,芯片制造行业集体行动,极力排除所有放射性污染物,但即使如此,自然宇宙射线仍旧无法完全隔绝。尤其是在飞机巡航高度,翻转概率是地表的10到30倍。这意味着,只要你飞得够高,飞得够久,就有机会亲历一个宇宙射线诱发的系统异常。

而这,正是超级计算中心最头疼的问题。比如洛斯阿拉莫斯国家实验室,平均每几小时就要处理一次因中子引发的系统崩溃。所以,系统会频繁自动保存,并在园区安装中子探测器,尽可能在翻车前介入。

最绝的是,宇宙射线不仅改写比特,它还可能改写DNA。自然选择的原材料之一——基因突变,部分就源自宇宙射线的轰击。它能在没有任何人为干预的情况下,改变碱基对,制造新的遗传变体。可以说,我们每个人的存在,也许都与某个比特级别的粒子碰撞有关。

你可能觉得,这离你很远。但现实是,你正在使用的手机、电脑、甚至银行服务器、医院设备,背后都在与这些看不见的访客博弈。

人类的每一台机器包括人类自身,终究都活在星辰的阴影之下。我们用逻辑码出程序,却无法阻止一颗亿万年旅程的粒子,在那一刻,从天而降,写下另一种可能。

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