从物理角度看星际迷航：未来人类如何飞行

今夜无语

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
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　　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。”
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　　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。
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　　1　翘曲飞行

　　瞬间到达目的地

% P! [+ _8 w! Z- Q2 F# t　　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。
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- h; B8 L. t, _3 W　　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 g& i5 u8 @+ k6 ^3 A( G. S　　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。
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2 X4 Q/ D; a$ _2 Y/ c: D) E　　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。”
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　　《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。

　　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。
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' j# o8 h$ p$ j" z5 }" X( Q　　2　虫洞
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0 y' `. k& N0 q  f( j) O8 ?　　在宇宙中“穿越”

　　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。
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6 Z! l: U/ ?; M4 h9 ^! _　　“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”。
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　　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。
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: k4 {( n) A0 h2 K　　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。

1 w4 \* u7 M5 v5 D5 e　　3　光波传送

　　回到过去，飞往未来
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$ y0 P2 C% O5 ], _$ _7 ~　　《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。

　　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。
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" d) N) a1 @( g2 E　　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。
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' y; q8 M& v5 V; C5 i0 b9 ]　　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。

) \& l1 }* G  k" M, }: G9 Y　　■ 外传

　　现实版《星际迷航》

9 L' }% g3 d* F　　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。

8 b8 L+ V' J( {4 _/ w　　●军用激光枪
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　　“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。
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- N- E: Q0 ]4 M+ P) y9 F　　●透明铝盔甲
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7 P# v2 H) Y; Q+ N8 e, d9 P9 B8 Y　　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。
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　　●宇宙银河间准货币

6 k1 _0 P$ b0 t0 o8 p5 T) 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。
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　　●语言翻译器
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　　《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。
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  K7 q  r5 F( w+ r, R　　新知专题采写/本报记者 李健亚
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9 q% _! p( C- o5 a$ L　　本专题感谢：

　　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)
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　　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)

今夜无语

这两篇一起看----能看出门道的请加我为好友。
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今夜无语

这个选题比较偏。理解！

YZSUNNY

亦非台

道可道

看来楼主的梦想都比较时髦。以前老怕你出家为尼呢，现在看来是多虑了。因为有梦想说明你和我们大家一样都是俗人，而俗人是不会看破红尘的。

今夜无语

我的三大梦想：出家，宇航，爱情----最后一个早已经死心，中间一个决定了我的专业以及后来的死心，现在还剩最后一个儿时的梦想了，兄弟，如果我最后能够出家你该为我高兴！
9 M8 R6 \; f3 @; [我知道你的意思，但是如果我的后半身还是像前半生一样，那就不要后半生了！！！

今夜无语

千万别让我全死心了！拜托拜托1

道可道

大美女出家了，就是浪费资源，男人一般都希望丑女出家。既然自己都说是有三梦想了，那我们就放心了。你的第一个梦想就留着下辈子吧。女人什么时候都有男人追求，都有男人疼的，你就把心思放在怎么勾引男人上，保准很快就找到爱情了，可惜你成天尽琢磨那些没用的，比如出家呀；航天什么的，这样可不好。什么时候你自我感觉良好了，感觉自己还像个小姑娘，你就正常了。我们都会替你高兴的。
te]我的三大梦想：出家，宇航，爱情----最后一个早已经死心，中间一个决定了我的专业以及后来的死心，现在还剩最后一个儿时的梦想了，兄弟，如果我最后能够出家你该为我高兴！
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今夜无语 发表于 2009-6-4 06:57 [/quote]

今夜无语

你不知道啊，男人一沾我就都发了。我一沾男人就倒大霉了----这就叫尼姑命！
7 @+ _% @+ e# ~: m- o; }+ c7 W算了，这么严肃的地方不跟你讨论这个问题。看来我是知音难觅！

红魔杖

很喜欢看宇航和科幻的东西～～～～～

purifiedmind

我的三大夢想：出家，宇航，愛情----最後一個早已經死心，中間一個決定了我的專業以及後來的死心，現在還剩最後一個兒時的夢想了，兄弟，如果我最後能夠出家你該為我高興！
* ]' w/ o. y3 j我知道你的意思，但是如果我的後半身還是像前半生一樣，那就不要後半生了！！！
今夜无语 发表于 2009-6-4 05:57

3 X& G8 w/ O, z1 x  x6 r今夜無語，很欣賞你的夢想。
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  `6 e5 f; N% W. z2 y* F以我之見，不要自輕，如果「愛情」能轉化為「博愛」的話，你的三大夢想都是廣結善緣的大願心。
: T, H0 \& o& J5 j* S# G「出家」-- 為了與眾生結緣 -- 眾生無邊誓願渡。
「宇航」-- 為了與眾環境結緣 -- 讀萬卷讀，行萬里路，結萬種緣。
  L8 M+ o( E* B; P# h4 x「博愛」-- 亦為了與眾生結緣 -- 以大悲心起，愛護眾生。
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喜歡「宇航」其實亦是很實際的愛好，宇宙如大虛，廣大得不能用言語來形容。宇宙是深奧浩瀚，如果能暢遊，看到無邊的星河系，肯定是一快事。虛空亦是，只要放下執著，修到心懷虛空，一定是無上智慧者。金碧峰禪師的偈語便是相當精彩：「若人欲拿金碧峰，除非鐵鍊鎖虛空；虛空若能鎖得住，再來拿我金碧峰。」故事是金碧峰禪師入定久久不出，小鬼要索命，欲引他出定，便玩弄金碧峰禪師平時最自以為傲，皇上賜與的玉砵。金碧峰禪師即從定中而出，立刻打破了玉砵，留下偈子，再入定中，連閻羅王想捉他，也會拿他沒有辦法。

: t/ z4 I' b6 j8 M; @  \佛陀是智者，一句：「佛觀一弧水，八萬四千蟲」已令人咋舌其甚深科學化。現在科學進步了，要移民到別的星球，暢遊大虛將會是可能的事。西方極樂世界亦可能是外太空之地，阿彌陀佛淨土也可能是太空某大星河系中一大星球。何不搜索太空資料，看看佛教所提到的三十三天是在何處？須彌山又在何處？阿彌陀佛淨土又在何處？

今夜无语

感谢！很精辟！