撰文 | 烏其多

審校 | 阿嫻

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如果沒有6600萬年前那顆撞地球的小行星，地球全體哺乳動物——包括我們?nèi)祟惖淖嫦龋峙氯灾皇琴橘朐诳铸堊ο隆⑺奶幎悴氐纳⒀b耗子。

就此而言，全體人類都算得上“天選之子”。

在如此幸運(yùn)的我們當(dāng)中，2003年比利時(shí)的一位議員，又堪稱物理意義上“天選中的天選”：這位天選姐在參加一場重要大選時(shí)，來自地球之外的宇宙射線為以迷之方式，為她投了不少票。

唯一的問題是，宇宙實(shí)在過于慷慨了：4096票這個數(shù)量甚至超過了總票數(shù)之和，讓人實(shí)在難以忽視。

從0變1？

2003年5月18日，比利時(shí)布魯塞爾的斯哈爾貝克選區(qū)，發(fā)生了一樁選票“幽靈”事件：一位名不見經(jīng)傳的小透明議員瑪麗亞（MARIA）女士，在電子選票系統(tǒng)中的得票數(shù)異常激增了4096票。

這就給大家整不會了——此數(shù)額甚至超出了該選區(qū)的有效票總數(shù)上限，基本可排除人為舞弊的可能。在這個女巫傳說源遠(yuǎn)流長的國家，甚至有人聯(lián)想起了超自然力量。

就在眾人面面相覷、百思不得其解之際，一位程序員突然一拍大腿：“等等，4096……這不是2的12次方（2^12）嗎？”

沒錯，“4096”是一個在計(jì)算機(jī)科學(xué)中具有特殊意義的整數(shù)。它通常對應(yīng)著二進(jìn)制系統(tǒng)下的特定存儲單位，所以這“幽靈選票”，莫非是來自投票機(jī)底層的二進(jìn)制數(shù)據(jù)處理故障？

democracydocket

經(jīng)過排查，事實(shí)確實(shí)如此。

二進(jìn)制系統(tǒng)，意味著它只使用兩個數(shù)字來表示所有數(shù)值。二進(jìn)制應(yīng)用于計(jì)算機(jī)內(nèi)存，就可以簡單地理解為一排整齊的開關(guān)，每個開關(guān)代表一個比特（bit），只能是“開”（1）或“關(guān)”（0）。這排開關(guān)從右向左，代表的數(shù)值以2的倍數(shù)遞增：右邊第一個代表1，第二個代表2，第三個代表4……以此類推。

那么，從右往左數(shù)的第13個開關(guān)，它代表的值正好是 212，也就是 4096。

想象一下，如果這個開關(guān)原本是“關(guān)”（0），但因?yàn)槟撤N原因，它被意外“撥動”成了“開”（1），這個動作就叫 “比特翻轉(zhuǎn)（Bit flip）”。這樣一來，計(jì)算機(jī)讀取的總數(shù)值就會憑空多出4096。

這就像你原本在數(shù)一排暗著的燈，突然其中一盞特定的大燈自己亮了起來，讓你的計(jì)數(shù)一下子增加了一個固定的巨大數(shù)值。

問題似乎找到了，但似乎也沒完全找到——好好的0，為啥會變成1？

答案讓人大跌眼鏡——這其實(shí)是宇宙射線造成的。

來自宇宙的“幽默”

宇宙射線，并非我們熟知的某種“光線”。而是來自宇宙深處、以接近光速運(yùn)動的高能粒子流。它們構(gòu)成了持續(xù)轟擊地球的“微觀隕石雨”。

這些粒子的來源非常廣泛：一部分來自太陽的劇烈活動，如日冕物質(zhì)拋射，被稱為“太陽宇宙射線”；一部分源自太陽系之外，比如超新星爆發(fā)等極端宇宙事件，這種被稱為“銀河宇宙射線”。

左：日冕物質(zhì)拋射 右：超新星爆發(fā)后殘存的蟹狀星云|newscientist

盡管聽起來有些駭人，但這股粒子流與我們的日常生活息息相關(guān)。

事實(shí)上，每時(shí)每刻都有無數(shù)宇宙射線穿透我們的身體。科學(xué)家估計(jì)，平均每秒鐘就有成千上萬顆這樣的高能粒子悄悄地穿過我們每一個人——人類雖然無感，但對計(jì)算機(jī)來說就不一定了。

在現(xiàn)代DRAM條，也就是我們常說的電腦內(nèi)存條中，信息比特存儲在微小的電容器中。

出于不同場景需求，電容器有大有小，但其本質(zhì)都是一個可快速充放電的“臨時(shí)電池” |ultralibrarian.com

當(dāng)電容器被宇宙射線擊中時(shí)，其中的電荷就可能改變，這就對應(yīng)著一次比特翻轉(zhuǎn)。這種現(xiàn)象有個專有名字“單粒子比特翻轉(zhuǎn)（SEU）”。我們?nèi)粘Ｓ龅降脑S多電腦內(nèi)存錯誤，都源于此。而相比其他硬件問題引發(fā)的比特翻轉(zhuǎn)，宇宙射線導(dǎo)致的事件尤為難以避免。

這也就是說，當(dāng)你的電腦莫名藍(lán)屏或游戲角色突然穿墻時(shí)，那可能不是簡單的故障，而是長途跋涉了幾萬光年，來自神秘星際空間的高能粒子正在歇歇腳——這或許就是宇宙特色的幽默感的體現(xiàn)之一。

澳洲航空72號班機(jī)事件

當(dāng)然，宇宙射線也不會僅僅制造類似選舉烏龍這樣的小幽默——需要說明的是，這次“天降橫票”并未改變政治規(guī)則，瑪麗亞女士最終并未當(dāng)選。

宇宙射線有時(shí)會引發(fā)真正的麻煩。

我國海拔最高的宇宙線觀測站“拉索”航拍圖|央視

例如在1989年3月，一次日冕物質(zhì)拋射引起的宇宙射線觸發(fā)了魁北克電網(wǎng)的斷路器，造成了長達(dá)九小時(shí)的大停電，并一度干擾了全球無線電通信。

而更為驚險(xiǎn)的一幕發(fā)生在2008年10月7日。澳洲航空72號班機(jī)（空客A330）在從新加坡飛往珀斯的巡航途中，自動駕駛系統(tǒng)突然錯誤地判定飛機(jī)正在失速爬升，并隨即執(zhí)行了兩次劇烈的俯沖修正，致使飛機(jī)在短時(shí)間內(nèi)高度驟降數(shù)百英尺。

突如其來的猛烈過載將未系安全帶的乘客和機(jī)組人員拋向艙頂，最終造成115人受傷，其中12人重傷的嚴(yán)重事故。飛機(jī)緊急迫降，險(xiǎn)些釀成空難。

《空中浩劫》第18季第7節(jié)演繹了這個事件|影視截圖

事后調(diào)查的“元兇”就直指宇宙射線。報(bào)告表明，來自銀河系的高能粒子擊穿了飛機(jī)大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)單元（ADIRU） 中的關(guān)鍵芯片，引發(fā)了一個比特翻轉(zhuǎn)。這個被篡改的錯誤數(shù)據(jù)欺騙了飛行計(jì)算機(jī)，使其做出了災(zāi)難性的“自救”指令。

自此之后，航空業(yè)顯著加強(qiáng)了對這類風(fēng)險(xiǎn)的防護(hù)，構(gòu)建了多層防御體系：比如說，使用了ECC內(nèi)存（Error-Correcting Code Memory，錯誤糾正碼內(nèi)存），這是在普通內(nèi)存（DRAM）基礎(chǔ)上，增加了用于檢錯和糾錯的額外存儲位和專用電路。它和抗輻射芯片以及軟件容錯架構(gòu)一起，構(gòu)建了專門對付宇宙射線的多層防御體系。

雖然現(xiàn)代航空已能將此類事件的概率控制在較低的范圍內(nèi)。但這并不表示我們可以掉以輕心，最近一起宇宙射線大規(guī)模影響航空業(yè)的事件，就發(fā)生在幾個月之前：。

參考資料

[1]https://www.the-sun.com/tech/9704911/mystery-cosmic-ray-earth-space/

[2]https://web.archive.org/web/20070927185155/

[3]http://wiki.ael.be/index.php/ElectronicVotingRandomSpontaneousBitInversionExplained

[4]https://blog.robertelder.org/causes-of-bit-flips-in-computer-memory/

[5]

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