 鲜花( 3)  鸡蛋( 0)
|
一个虫洞的模型。如果要从宇宙中的A地飞行到B地，传统飞行路线较长，而利用虫洞则可以快速抵达+ C4 s D8 H: r% n; z: V% K/ V
0 y8 G" O, [ [0 I3 I: q
霍金坐在轮椅上指出，理论的革新可能使太空旅行的速度获得革命性进展，继而使开拓外星殖民地成为可能。“科学幻想可在一瞬间使你到达目的地，”霍金说，“不幸的是，这将违背科学法则。科学法则说，任何事物的速度都不能超过光速。” D, G$ i* o# j* T6 v1 h) I! w
0 t9 {1 V, a9 p8 p1 w# _
1905年，爱因斯坦发表了《论动体电动力学》一文。这极大地激发了科幻想象，但也制造了一个无情的梦魇———任何物体相对运动速度不可超越光速。不过，超光速旅行依然是人类对宇宙畅游最美的一个梦。科幻片《星际迷航》已经率先超越爱因斯坦。1 m' \! v- ~7 Z6 d1 F( w
2 V4 B- C+ \$ x 1 翘曲飞行. B$ K: |. ?" b3 R6 i" K. y
$ t# A9 b$ o5 @7 E, z" |5 u 瞬间到达目的地7 `2 U: P2 ], k* O8 @ G$ `+ u7 _
% u& k! ]; P% l8 k
为了实现超空间旅行，五花八门的幻想特技在《星际迷航》中轮番上阵———翘曲飞行(Warp Drive)、虫洞、三维传输器、全息幻觉甲板等等。
3 C+ v! Q3 M- m0 \ b2 ?- Z+ B
; Q' e) d1 m# C) X3 b 对观众来说，翘曲飞行是一种炫技；但对“企业号”来说，这是它的基本技能。为了故事情节的需要，主角必须在光年量级的银河系中，迅速地从地球到达另一星球。$ z: A+ x* }" Z+ C; L
- a! i0 T/ `1 T, I) i% x+ n) V! P
企业号的翘曲飞行，是将普通空间中距离甚远的出发地和目的地，在高维空间上重叠在一起，从而来实现超光速旅行。在上海交通大学教授江晓原和他的一名博士生穆蕴秋合作的论文中，他们指出在《星际迷航》的专门技术手册中甚至能看到制作者为“企业号”翘曲飞行编写的基本公式。随着电视新系列的推出，企业号的升级换代，这个公式还被不断加入新的参数来进行修正和完善，尽管它从未直接在电视画面中出现过。8 I) o, x0 p% J4 n# l
; N* l$ R+ A3 D% s/ @% O; m 科普作家张旭表示，从柏拉图到牛顿再到爱因斯坦，虽然物理学概念理论已经天翻地覆，“但支撑物理学的因果律岿然不动”。比如，炮弹要先打出炮膛才能击中敌人，不可能炮弹先击中敌人再打出炮膛，相对论不允许超光速，“因为超光速破坏因果律，物理的逻辑性就消失了。”, {# @/ [2 m( [
4 z2 f( Y' \- V( `, f$ z
《星际迷航》聪明地使用了翘曲飞行，既不破坏因果律，又实现了超光速。表面上，它是在很短时间里到达光速都到达不了的地方，实际上飞船在负能量密度的奇异物的支持下，改变空间物理结构、建立捷径缩短空间距离，让太空船在时间上“打败光速”航行。8 O( d" J6 N! c; Y( D
8 _8 a3 t t# }1 ~- x
尽管，《星际迷航》的翘曲飞行是个幻想，却依然在点燃科学家的热情。近日，贝勒大学物理学副教授克利文(Gerald Cleaver)及其博士后研究员奥伯塞(Richard Obousy)，制定了一项雄心勃勃的计划，试图让《星际迷航》中展现的翘曲飞行向现实迈进一步，当然他们成功的可能性依然微乎其微。
: p! C' x% x7 L8 Q7 D, J8 ~ u0 h( a, R; T
2 虫洞
0 @- t2 k% H% G' @8 D4 v# I3 |; ^* I* i
在宇宙中“穿越”" m- f' E8 Z, z
# p$ I0 H; k6 d
美国理论物理学家索恩(Kip Thorn)提出的著名“虫洞”理论和翘曲飞行有异曲同工之妙。
- r; |# [% j: x' B3 K/ S! k! h
1 _- C$ Q; Q6 l4 c+ `' f! N4 y “虫洞”的性质很早就被讨论过了。江晓原与穆蕴秋指出，1916年，爱因斯坦广义相对论发表后的几个月，史瓦西在爱因斯坦引力场方程里发现了一个解———著名的史瓦西解。1935年，爱因斯坦和其学术助手罗森在一篇论文中，把连接宇宙中两个遥远区域之间的假想通道称为“桥”———后来这被称为“爱因斯坦-罗森桥”，也就是“虫洞”。
% K6 [0 p! T; a& t8 @
! t+ f) q0 E5 P( | f/ l 科普作家张旭举例说，假设我们生活的普通宇宙是一个苹果，人类是生活在宇宙表面的虫子。他们只有能力在表面爬来爬去，如果有一天他们认识到他们说明的果面是曲面，并且具备了咬穿果面的能力，虫子在苹果里“咬”了一个洞。那么，从一地到另一地的距离就也要比果面距离短很多。我们的宇宙未必就是平直的、朴素的，有可能存在更高维的空间。地球距离织女星是26.5光年，但若通过一条虫洞连接它们的话，也许就才1千米。4 u9 N0 W; d9 n. H; ` _. c& C
8 ~. i4 u, t8 S# s1 c# M+ P
不过，以虫洞来进行超光速旅行所面临的问题，那就是怎样保证虫洞的开放时间。索恩的最终设想是以具有“负能量密度”的奇异物作为保持虫洞持续开放的物质条件，由此虫洞将被改造成违背因果律的时间机器用于星际航行。“此外，用两个黑洞来作为虫洞也成为一种假设被提出。”中国科学院理论物理研究所研究员李淼指出。
, `. Q: |, r* w5 c% G% {
3 r) H Y4 ^( K 3 光波传送6 `7 l0 E! p6 t, l: @6 [
, D6 x* _" R9 y9 _0 T3 [7 p- C
回到过去，飞往未来
8 R0 r) a% R3 `2 [8 x3 Q5 w6 J0 n- w' {% M: H/ X- |7 @. G2 m5 I
《星际迷航11》中，年少不羁的寇克被分解成“量子”，被放逐到雪地里，遇到怪物袭击，意外地见到了老年史巴克。( z+ N1 \9 A% u" G
& b; ^9 H+ A' M2 a8 V
寇克的这一奇遇之旅是“企业号”的“光波传送系统”实现的。这一高科技传送装置也是一时间机器，能让企业号的成员到达任何地方。这一装置是虚构的。可为了实现时间旅行，众多的时间机器被设计出来。而其相关理论都源自这样一个观念：和构成空间的三个维度一样，时间也是一个可变的维度。
2 t3 U3 u# n7 W0 V' k3 K" j9 \' E# z1 B( i2 Y9 [
1905年之前，物理学家们认为，时间如同一支射向未来的箭，射出了就不会转向。而要想让时间倒转，就需要超光速。然而，光速是一个无法逾越的极限。李淼指出，无论是经典力学还是量子力学，光速都是无法超越的。然而也有特殊情况，那就是在量子力学范畴中的纠缠态。量子物理学认为，一对相互作用的微观粒子可能有着某种特定的联系。对其中一个粒子作用，可能同时对另外一个同时产生影响，即使两者已经相距很远。很显然，这种同时作用超越了光速。
7 P+ H* A2 u h. X! H
) a) [0 i, |# y( \, P( o 与此同时，科学界无数的假说在破解着超光速的难题，从而为时间机器的超光速之旅找到依据。1937年，荷兰物理学家J. van Stockum从爱因斯坦场方程中得到一个解，指出有一根快速旋转而又无限长的柱体重力场。这样一个场将会违反因果律，它允许出现连接两个时空的闭合类时间曲线。1949年，奥地利数学家哥德尔(Kurt Godel)发现一个爱因斯坦场方程的解，描述了一个旋转但既不膨胀也不收缩的全宇宙。从理论上而言，它允许时间旅行。当然，我们观测到的宇宙正在膨胀，但并没有呈现出转动。李淼指出，尽管现在出现了一些对爱因斯坦场方程的解，但目前对于时间机器的假说中大都是关于这种闭合的类时曲线。
/ _+ }/ F, {- Q, c" }- I
& f4 }7 y- F6 Y' l% K ■ 外传
4 l3 G1 S! O. Z K* Y
% d, J8 ]( A- o1 ^ 现实版《星际迷航》. _& a6 l& X( `& o y3 ~
3 V5 ^' t2 \$ b5 T6 I8 U, n) ?
科学与科幻总是在双向推进。出现在科幻影片中的一些高科技正逐渐变成我们的现实。下面就是《星际迷航》给我们带来的几项具有现实意义的技术。
- ~" z u" @ Y9 T! ~
; R! {( B g$ L0 N, V ●军用激光枪
% B% ~6 h9 w* L' `6 i/ \( }$ X' k5 W) o0 @4 I
“单兵便携式非致命激光步枪”是由美国空军研究实验室定向能总部研制成功的。它采用一种带有两个不同波长的激光系统可使敌人暂时失明。它与《星际迷航》中的光炮来福枪颇为相似。$ X% h4 K1 g( z; a- ~4 l
5 ^+ G/ M6 U+ H+ M t& s' D: Z B ●透明铝盔甲
4 v; i% W! C$ ]; N! `6 U) Q$ A1 K( i
透明铝盔甲(铝氧氮化物，ALON)已被美国军方作为一种轻型、高强度材料进行测试。ALON是一种类陶瓷材料，具有非常高的耐压强度和耐久性，比传统玻璃钢材料的性能更出色。《星际迷航》中的透明铝材料与ALON有着相似之处。5 ^- n u& L# T* l3 x
+ b4 o6 }& X: G ●宇宙银河间准货币, r' ?) G0 r ?
7 `, [& A( ?# `9 y3 K5 H
《星际迷航》中宇航员他们需要用钱来购买货物和享受各种服务。宇航员在未来真实太空生活中将用到“宇宙银河间准货币”(QUID)，这是科学家专门给未来星际游客使用的太空货币。据称，1 QUID可兑换6.25英镑。. a: R# W: ^. l! Z
2 V4 L4 R* m4 D! B% a2 _* \ ●语言翻译器4 k( e7 g7 O+ e2 h
4 x8 D4 g1 s z8 S 《星际迷航》中“企业”号成员经常会接触星系中其他智能生命，当遇到不同星球的语言时，他们会使用“宇宙翻译器”将外星语言翻译过来。在现实中，美军在伊拉克使用的Phraselator翻译器也能够进行语言翻译。
+ |0 \. i5 F# E2 h: x1 ?% B
; u. @- t/ Z! f2 c" k 新知专题采写/本报记者 李健亚
, }; Q) Q& M K
* d% {! \$ r) L- }+ A/ N! A) d- t 本专题感谢：9 S" J- o3 K% ^4 V0 j% P
" W3 |) N2 N$ ~- w" O+ S% k R 李淼(中国科学院理论物理研究所研究员) 江晓原(上海交通大学科学史系主任)
: R) a' m) ]2 {+ C! L# ^
! u* M! v5 X* Y9 l 穆蕴秋(上海交通大学科学史系博士生) 张旭(科普作家) 瘦驼(科普作家) |
-
|
狗仔卡
发表于 2009-6-3 14:19
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
楼主
发表于 2009-6-3 16:36
