 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
8 K1 X' ?3 b. z# z$ o+ q) u) M
& M+ u6 f" H) Z: o0 p7 z 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。”
6 e \& X s( r% c7 v3 V4 `. v
5 Y& t! M! `( @ 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。
& O8 Q# K! i( F- l) h- a$ K/ l; f: _$ C* @2 R2 G3 v
1 翘曲飞行" d5 p8 L4 y4 Q2 \; k: {! G' t
4 `0 D6 v8 O( f. y# R/ r
瞬间到达目的地0 O T: [9 U3 {7 n- n8 h2 y$ q
. V1 M! A7 w2 A% u 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。: X0 l0 B- F' `+ \& ~+ k, s
3 @, H, l/ x0 b$ ] F' Q
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。3 f' f; ]. X2 H! C m* @
/ |7 a% y( y4 \, [% l* m
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。, y2 k/ u S$ M. R
* a* `( _, o" D2 c+ 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。”
: ~& g& ^! M& m. K
" Z# f, u' u" F2 \# N. y0 R 《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。
0 {2 o, i* t6 o; g( T! ^& V
1 P' w6 P3 e% g, E3 S 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。 f" k2 f8 d! v; I! B d8 L) s3 d- n
/ I; c8 O2 L: E& w9 o9 Q
2 虫洞
2 O5 ?, V5 R T0 G1 [
6 | `& q2 Y1 ]3 H! _ 在宇宙中“穿越”8 S+ }- h3 K3 `
; Q& G3 ]: A2 e+ n6 Q) Y# p$ `+ G
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。9 M2 v3 p+ u% I, z l5 v% @
1 o7 r' x3 R$ N8 H! m# C “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”。
+ i( C! ]9 K/ N9 }! w! I
4 l5 D8 [- L% e b/ P 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。
( E, m5 e F4 S/ R. z! O- z$ h; B4 n2 S+ u3 ?
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。
3 m& I4 O% U/ z7 x# ?& r3 B
) I J# N2 E+ S- ? 3 光波传送
, H* s/ h" u' l- y7 ]" W5 M, M. R" I1 A% {8 [$ H& y/ i
回到过去，飞往未来. [+ o. A: l6 L
# m& ^5 t& h% `# d s. M' L# q# p 《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。! D5 y# a: `% S2 f# i3 H, j1 F
% s" \3 w) B+ w7 K 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。0 y% l) S1 l! ^# k9 X% J
( R) p8 k8 ^: G& y* I* L+ a( O z
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。6 G! j% u4 j, u8 C) U z
& n9 m% l$ @% {6 U5 h4 r( T 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。
% T9 w5 X% o# s" j3 F+ [7 f1 o+ F# ? O6 v1 W% I# R( ~/ o5 n
■ 外传
" ]. H* C6 P, |5 t. L0 F8 f7 A% W- {5 r
现实版《星际迷航》
" d& M+ _& ^3 S! C* U+ @/ v' _. z6 l/ W- E
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。
( H; o1 D! f. g4 O7 ^2 L2 r( y
% C+ f& S( Q# ^& } ●军用激光枪
$ y$ r$ \) f+ }; K8 \5 u* @% b. ?0 F, Q3 j
“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。
8 V# ?: B. a2 w- s* z- m# N: C* b% k* n3 e6 c8 ~7 e! d! R' y
●透明铝盔甲2 _ J8 Z1 J" z- ^& |
2 i( |8 j9 ]" E+ W: s9 u 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。
% Q+ E+ }* v/ t' M
+ s' r8 b$ z$ z: x- z- |4 d ●宇宙银河间准货币
; |, c+ r, s. a% E0 n Z" u: |6 A6 Z* ?8 O+ C& u# B9 }1 p# M$ O
《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。1 x3 S5 j1 P& j' U& ~2 N2 Z2 s
- h, }: e% m' B0 u0 \2 c9 f. z0 w
●语言翻译器
) {1 l( A/ {, J4 K3 B4 Q. t) K2 I' h
' G8 K C6 S6 p2 i. w( J 《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。
q: S* B" {$ ]" `
/ }& Y L/ b, u Z& q! {9 j. Z 新知专题采写/本报记者 李健亚
4 _+ Z8 k7 s( v2 e1 [: v- b+ I: n9 |7 h3 J
本专题感谢：
& E, J& F) c* T- r
2 R7 J3 c C2 s# g4 |8 c 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)5 q) q1 J7 U6 u; B
9 W$ o4 J" `1 u/ w6 u
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
