地球第一天選之女：比利時議員被宇宙射線投了4096票！猜猜她贏了嗎？

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——包括我們人類的祖先，恐怕仍只是匍匐在恐龍爪下、四處躲藏的散裝耗子。

就此而言，全體人類都算得上“天選之子”。

在如此幸運的我們當中，2003年比利時的一位議員，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，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，宇宙實在過于慷慨了：4096票這個數量甚至超過了總票數之和，讓人實在難以忽視。

從0變1？

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

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

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”是一個在計算機科學中具有特殊意義的整數。它通常對應著二進制系統下的特定存儲單位，所以這“幽靈選票”，莫非是來自投票機底層的二進制數據處理故障？

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經過排查，事實確實如此。

二進制系統，意味著它只使用兩個數字來表示所有數值。二進制應用于計算機內存，就可以簡單地理解為一排整齊的開關，每個開關代表一個比特（bit），只能是“開”（1）或“關”（0）。這排開關從右向左，代表的數值以2的倍數遞增：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，從右往左數的第13個開關，它代表的值正好是 212，也就是 4096。

想象一下，如果這個開關原本是“關”（0），但因為某種原因，它被意外“撥動”成了“開”（1），這個動作就叫 “比特翻轉（Bit flip）”。這樣一來，計算機讀取的總數值就會憑空多出4096。

這就像你原本在數一排暗著的燈，突然其中一盞特定的大燈自己亮了起來，讓你的計數一下子增加了一個固定的巨大數值。

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、以接近光速運動的高能粒子流。它們構成了持續轟擊地球的“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，比如超新星爆發等極端宇宙事件，這種被稱為“銀河宇宙射線”。

左：日冕物質拋射 右：超新星爆發后殘存的蟹狀星云|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。

事實上，每時每刻都有無數宇宙射線穿透我們的身體。科學家估計，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，但對計算機來說就不一定了。

在現代DRAM條，也就是我們常說的電腦內存條中，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，但其本質都是一個可快速充放電的“臨時電池” |ultralibrarian.com

當電容器被宇宙射線擊中時，其中的電荷就可能改變，這就對應著一次比特翻轉。這種現象有個專有名字“單粒子比特翻轉（SEU）”。我們日常遇到的許多電腦內存錯誤，都源于此。而相比其他硬件問題引發的比特翻轉，宇宙射線導致的事件尤為難以避免。

這也就是說，當你的電腦莫名藍屏或游戲角色突然穿墻時，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之一。

澳洲航空72號班機事件

當然，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”并未改變政治規則，瑪麗亞女士最終并未當選。

宇宙射線有時會引發真正的麻煩。

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，一次日冕物質拋射引起的宇宙射線觸發了魁北克電網的斷路器，造成了長達九小時的大停電，并一度干擾了全球無線電通信。

而更為驚險的一幕發生在2008年10月7日。澳洲航空72號班機（空客A330）在從新加坡飛往珀斯的巡航途中，自動駕駛系統突然錯誤地判定飛機正在失速爬升，并隨即執行了兩次劇烈的俯沖修正，致使飛機在短時間內高度驟降數百英尺。

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

《空中浩劫》第18季第7節演繹了這個事件|影視截圖

事后調查的“元兇”就直指宇宙射線。報告表明，來自銀河系的高能粒子擊穿了飛機大氣數據慣性基準單元（ADIRU） 中的關鍵芯片，引發了一個比特翻轉。這個被篡改的錯誤數據欺騙了飛行計算機，使其做出了災難性的“自救”指令。

自此之后，航空業顯著加強了對這類風險的防護，構建了多層防御體系：比如說，使用了ECC內存（Error-Correcting Code Memory，錯誤糾正碼內存），這是在普通內存（DRAM）基礎上，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一起，構建了專門對付宇宙射線的多層防御體系。

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

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]

來源：把科學帶回家

編輯：ThymolBlue

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