 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
, P1 \+ _& B+ j( j( V4 t( P' q- ?% T: b& D* h
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。”
7 q; Q) b8 W2 S5 J# [9 ~$ [* J* k( `- U! _+ }% Q2 }
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。# O$ N% R( P0 Z7 ]/ ?
1 t- N) t5 X4 K9 }9 k% H5 L0 e0 m4 n
1 翘曲飞行/ \: i) z! M* {2 `$ N
T7 [3 C! n% l9 E
瞬间到达目的地
) z& [1 K q6 |# d
0 m n4 X3 N: F" K" i 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。4 c U5 k$ A* R ?5 {
3 _+ R+ t9 j- x; z) ^
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。2 l1 {5 g/ \5 _! S- k$ f' r! M
2 V( |! J. z$ ?. [0 s) O 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。 r9 N+ ~/ b! Y$ ~) R, S
8 ]1 p+ K$ [" I% ?
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。”
* R; `2 d; Q' _ {3 U- \" `; L1 p2 a/ t O
《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。$ c4 T+ L8 N; |% d- s5 e
7 l' c% L" U J! } I P$ P 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。, K0 U; s [% J* C3 H' z% J5 r
/ s" D* D3 j) e1 }0 i
2 虫洞- P" _' y" g/ w" x E/ u9 j
( j6 {6 `: |$ L; k4 A; f 在宇宙中“穿越”5 b. g; s6 f5 |/ K8 B _
8 ?* Z" G8 F) ^" |+ e; ? 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。, J1 m3 E$ {( K: t$ [3 ?
8 X) b, b; T7 p! c) P! n( R* E1 q
“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”。' [9 g; ?: R+ }2 P
8 @- Z1 U1 Q: v& E4 h. E
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。
& p9 G! A3 X- d" v9 e* J& E; ?: A+ s# ?* x; \( W @
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。
5 Y$ `. G1 B& R: A- \2 M- t$ c- z
3 ~; J( ?8 a c9 u( M2 l" | y 3 光波传送' n) N" K, U. b0 |' N8 R
D1 }, I" z3 |/ Y
回到过去，飞往未来; L/ r4 |( i) w) F& u6 t
k* m; j3 S. [# o7 \! S( G 《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。
d7 u+ }6 O+ F r1 g" h
% q# w$ u+ K1 p 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。
+ N b& h+ G$ j; M4 t$ u
* _: P2 J. R0 m1 U 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。5 j& z2 W( d) k: e7 o8 @
. m A: r" Q" r/ ?% T' I' B9 c3 A: h 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。
, r1 ]# E/ o4 G+ r( R* Y& S5 G$ y: u/ h
■ 外传
4 S' H2 r3 u! b+ J
: J% Y& V" _# v& u) T1 ` 现实版《星际迷航》
, J" K% X3 @" ^1 s# C! d9 M, Z
: x/ u5 B9 z5 N* @7 P6 q 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。! M2 E( }$ _9 k: X3 V- [+ g
\/ j7 c# Z7 _1 O1 E4 ], M
●军用激光枪
9 D/ z, Z) B$ t; S$ ~% f( R- @
' R2 e I2 K3 L3 n' R! r; R; b, e “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。
( P$ B# i, I8 T5 j6 X0 E- ^0 U3 Y! k5 \/ T; B) \5 }3 _6 M
●透明铝盔甲
5 z4 `3 l% h( Z& h& B) _" L9 O! g* B( _9 a+ ^& Y' c4 }
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。
9 t4 K( a' a) L& u: r8 q) E
% [" P# _" b" V ●宇宙银河间准货币
' C- x/ g, y6 o
, ~: m* n8 l: Y$ { 《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。
- R+ x9 u: g! \. a& ^7 H' y* t1 x# U9 o+ L; e! w5 m5 W
●语言翻译器- r1 D: n& u& K9 N. `
d: ^% i0 S( F% `0 E# u r 《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。
/ a+ ]' s6 ~0 }5 h- x, p( u) N! E; g
: V" L% h2 ?" [5 k 新知专题采写/本报记者 李健亚0 X" y7 ?% @; _6 C1 L
1 ?& w& ]1 M! G
本专题感谢：
/ n0 g% A0 |: h1 o; H
! X- t9 ?# P- f9 Z4 \ 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)
2 }0 q; A3 I8 c( i' M C$ n9 k3 \* B8 C$ Q1 h! p$ ~0 u1 E
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
