 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
/ ~, B) V( n4 n$ r3 c! j- C6 l, d" U# Z& V; ^
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。”
1 O( n6 i# N: Z. T/ ]$ {' X' P% z3 g, \! E
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。3 o. U7 O0 e; D; R
* P* z" j+ j0 ?( p$ D
1 翘曲飞行
, h5 Z* T- D! P, `; R9 X) s
3 t( x8 G$ t4 g- w% L: i7 g0 E. \ 瞬间到达目的地
7 u: ~6 @; B$ e9 Z5 ?: o% s$ S( F8 V9 {* ^+ g/ g% ]/ 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。
& c8 i' |1 O/ r; c/ k. c
% w( y% y* [" m3 Q7 C) h 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。
' V1 \' o4 s% v7 d# p% d" c1 |
, m3 H# a8 R* 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。* g" [% e: x( [" ^5 j) z
' E& i! W$ _- m5 f
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。”7 k( Y0 C2 e3 `$ p
+ Q4 x; g0 K6 [7 u 《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。9 @* ?) d" `* S8 W' [* n. C
6 ~- s6 F5 q8 G+ m% `9 F
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 U& s: Z1 D6 w6 o" b' Q
0 R1 U; s$ O1 ]$ k 2 虫洞
$ X) ?5 a: Y* D. Q1 S. A& |* C5 @0 y) ]& r; C) x
在宇宙中“穿越”% R9 ^4 t1 I! {- T# ~6 k) R
- }, p3 m9 B# W- M% w( B7 e9 [, O' N
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。6 W5 ?8 T# |# x+ f% X$ y& V4 C j
e+ N3 K* `5 D( H
“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”。3 {* e2 x. T9 V$ v
4 _. i: r0 Y5 D4 u
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。' g, Y6 l& l' ?5 T$ Z, s) b
1 p2 l3 |* c5 E6 R8 ^) [( v
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。 p4 P# v3 ?( J( x# [' }( o! ~
7 y# n$ ^4 h! `- ]- i6 h" t 3 光波传送
# T) z) v+ l4 ?% O8 T, o2 q! |+ c/ u! V' x. p
回到过去，飞往未来
. T6 | W: `3 R4 _4 g [! G9 E
; \- T M8 O+ i& o2 }! \ 《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 P Q5 P1 k1 X. A. _+ I" z* m) U. ~
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。
1 o7 p V2 |9 p2 `: Y9 z% o: S+ d, ?, O. _! G- ]/ a6 l, H( F8 m
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。1 ]: \: R b$ S, }- Z
, q. t8 q! T, K9 T. F
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。! H; z- C* `6 K q+ ?% s0 k) X2 q
& f( [# ~. y8 c ■ 外传4 K0 r2 a6 e8 Z' w M/ V
9 \4 V- R; c5 ]: J 现实版《星际迷航》
3 T5 {# O7 a6 I1 G0 E, ]; I$ b* v0 }8 k3 j" 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。
0 [* H6 X4 i8 ]( `7 d6 M: \ k2 }
) r u8 \2 F# r3 j ●军用激光枪" A, p+ ~ I- Z4 d4 a
" E" A. [2 z5 ^ M& m; a, O* n
“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。; l5 `' t6 ]! ]+ d; \# q4 n/ a! }
( U( d0 M2 ?' A2 n% O3 B
●透明铝盔甲; I9 f" H/ p% X3 y' y0 q6 m
5 n1 H6 ]* |5 Y" p5 y9 c 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。
( ?. s' l1 W, L; W" _" z* H% u& U
8 k4 e5 ?8 Q I' b0 r ●宇宙银河间准货币/ H$ d. _3 o, E7 q8 Y9 e2 g
& K3 r2 @ T0 J/ C% l, y, T6 Y5 R 《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。
! w0 A! Z. C( D: O5 K/ O& B" z: Y+ d! }
●语言翻译器
( a& H) e4 b$ B' r7 a. n7 G6 ~$ k& c0 X2 S0 d- u
《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。
7 V# v6 J- x" R4 A9 L @8 h6 B( g( A
: |: j( H5 R0 @5 R' ^ 新知专题采写/本报记者 李健亚
, {2 {0 I) t0 u; D0 K y1 J* z, |2 R5 j9 B9 Y% i! Y' p0 r
本专题感谢：" ?1 P i, Q; g) v7 }* _8 U( i8 w
5 W( `6 @; l; p4 z6 L5 j 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)
, Y) H9 Y) y: y3 Z- v. Y2 |6 G$ [6 O/ q& n7 ~
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
