 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& c2 Y& T; ]# n1 e: `$ y! o
/ ?" W! j, E4 ]" l9 v2 P; B
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。”
, l. K1 A. T! Y V
5 f$ o( g7 `2 b3 T, \$ s; s( O 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。, r) _' d: Y4 ~& Y8 K
2 w/ J* Q3 G- o, n% f- X0 e+ W 1 翘曲飞行
L2 z% n% |2 P. T
' E" q% t; d$ | 瞬间到达目的地$ E/ p6 e4 @ G. Y7 `+ f. t' D8 {
# E: n8 |, |! ~: @ 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。
" r0 q1 | J: \
1 t! W4 y% X- k! C# L 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。
; G. U) _5 w) c8 S, e- ]( H1 i3 E; b- U. Q
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。
6 |9 _0 S, y7 j4 f$ ^$ W. ~- I" c$ M; }* k# o
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。”
& h5 t2 c9 C; w2 K: U
2 d% A2 K' H6 S, a+ | 《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。
5 j, H6 ?& P! e Z0 o- Y: m3 C6 ^' R: A2 u, ]) b
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。
4 @$ w ]$ T- G2 a0 t3 H6 y
& |( _4 W5 H0 ~% x, k 2 虫洞
0 O( [& v. H: v9 b- d& H. Z
6 R$ S& ]- T- Q9 \ 在宇宙中“穿越”
) j( @& O, R* _1 |4 |8 Q4 x# `. d4 V+ G2 _$ h
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。
/ P2 ]- z# d) @+ ^5 w9 q+ L! ~& V$ e7 f: C# Q$ N# t; ^3 j
“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”。
& J$ {. z r1 c7 N
% [) Z) F* m7 z0 s, b' ^ 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。
0 u+ P/ F6 i5 @- j: {# s9 }1 h7 X0 O8 s3 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。/ y& R5 W# [6 M7 d2 n
$ F8 l8 h8 i/ j7 G* T% e- q 3 光波传送. ^( C7 z& l9 T* g! M$ ^
+ I$ Y0 j0 \2 ~0 e
回到过去，飞往未来
' e* o* n Q& ]2 R# S7 F
2 ]: ?/ q+ @5 x/ t; X 《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。
* }9 s4 S) P, B5 ~: {2 c' d A7 l" s: u' 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。
+ _, u# o' `8 J7 d6 F% {/ L1 h l% y$ e* i, [4 B9 \$ X, i
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。
) Z7 [; h' z5 v2 A& [2 ^* O$ A) P3 w9 |5 X) r
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。
. o) j0 Z4 d! T9 | {; ~% k- o3 P/ T9 L
■ 外传$ B1 J2 Q: C0 X! e1 N+ Z. W
+ R; o* t+ t2 e2 a3 f( B" _
现实版《星际迷航》9 q: c( H4 J) Z" |( t
% g1 }! g# ?, l3 s6 c$ e" h7 Y
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。; o$ S. J% D) z& b1 d
- R7 J1 B# |, l1 |" z+ y# n
●军用激光枪5 r- c! z! I1 o
+ a* \8 t+ i- ?1 U J" n1 d “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。) e r3 f! t* a* g i, I- w
9 r+ |% P! W ^9 s% g5 H ●透明铝盔甲
' J. H% B; g$ x1 l! d8 [$ x- X
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。2 Q( ~8 t9 t; b; ?* _
" H1 `0 H* A& V" y
●宇宙银河间准货币3 L1 X- T, r5 U, H4 s* K
2 y; G2 V; x4 B# y7 g; x3 b
《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。+ E/ V4 b+ k+ n A! X3 L! P. x
* [; s" o) n9 r3 N ●语言翻译器+ {$ T3 k* {5 C: r$ h6 B
$ D4 T, v/ ?) M/ U* h7 S5 ^ O
《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。
5 s6 W& T# Q7 E3 K3 @0 \* @% M) j& R& V7 J+ ^
新知专题采写/本报记者 李健亚# k% b4 d1 \1 s9 Q0 }8 C$ B8 o G7 s
) l. J8 n: q/ G& q) R' z 本专题感谢：
1 `3 b# A& q# l. A; i
. [0 b9 i0 B. R* E 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); b: A4 _/ ^; H) V$ `' M
+ ]" S8 e+ q9 H
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
