 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0 j }+ b# J9 k( {$ o$ I* K
( R! @0 w$ |% d7 ^. g1 G! f
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 Z4 p+ Z0 W9 u& f( i9 o2 o3 X+ S$ L4 L) O' x! t
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。
4 K* q6 k( E4 R+ l1 H: N0 a& ]
: M5 P# d" @! r8 K 1 翘曲飞行
3 |0 }: q- I- T7 I, x# _4 N; X7 b
- b& W# |7 W7 D7 c; H 瞬间到达目的地5 I0 t3 d& ]( I7 x5 i( d
) g3 k" h; ?6 J. J* \
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。
) G$ G0 `( M# ~( d z8 d; {& C) [4 R1 y# Q8 w0 y4 p
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。
9 B" ~' X9 F* d. |; n5 x N7 y; J- H# D
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。
& N$ Q+ V. {) }2 C/ f, `. l4 R+ f9 \" W$ y% }3 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。”
6 @* z! j; j# f o' Q3 T6 @! `; a, ^3 l- N3 O& p) j
《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。, o2 p+ Y. p# i% H1 b! y
/ [- {' O7 I. ~1 j. O1 v
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。
# G4 b$ _3 O! j w$ P4 o y9 `8 O
8 a3 f- v; t6 G9 E! A 2 虫洞$ L7 S* s& V: ^4 S! ^- a% U; r
% \; q6 {# k8 @! T
在宇宙中“穿越”; M* ?6 B: d, i' F
* V2 ?# q, H, a& J+ k, g! S6 o- ?
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。
4 R( F! ^' v+ y9 f6 E! Y$ a2 V! j, ~' e% X7 W7 w: }9 @! ]$ L
“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”。
0 W5 x3 x: T& l" b
3 B: A/ p1 A/ J8 J: T. R1 r. z 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。. I+ z; Z `9 D( B
2 E6 q# G9 `8 w1 u& ~$ O! r& Q5 {
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。' |! e, R, a+ R# b; ~3 L
* p& _6 e3 ?$ z4 o* F- J 3 光波传送+ L L6 i" i% \& D2 Z
) X) v& g" O1 g$ ? | 回到过去，飞往未来
( i0 r) P6 E5 d+ ]" t; e& N* `7 f: T7 y/ h( P: c* _
《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。
" J8 _: T* n* X) r4 z( p4 A A0 m) `$ P( c! B1 ^
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。( L3 P4 Q# P3 |; M$ V
" m' S! H' ]/ M0 O0 ?9 x 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。8 ]' o5 W0 C2 X" z) ^: o: C
0 l; n% x0 p1 i. ]( B5 F& ]8 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。
4 Y" T" O% f% P1 ~9 N9 C, L
! W1 X2 B# q" s# F w ■ 外传( Y7 d1 O9 {0 Z6 D: ]' ^" c
! ~0 A2 H/ E' D9 H& ^3 N. w: z& e; ]. U
现实版《星际迷航》# i; b8 w4 |: j# x
: ]5 q( E; L8 s 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。
2 Z( o: F" i& m9 Z( @, m
5 L2 _( T: l& C2 T' `! C2 Z" z ●军用激光枪4 d3 S: s9 d( U8 w; W5 p
& l: s1 s& t& ]) v8 L
“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。6 d$ \3 ^9 }& z" H! h
# t4 f1 Z* M c b4 Y! { x) F ●透明铝盔甲
' [ G* t! g9 W% d6 r. F" ?7 O2 t# v2 x/ X0 c! `" W x( z# G; 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。
* {! s% h& Y/ o# g9 `
7 D% z) c* _7 N1 s0 W ●宇宙银河间准货币4 w/ v) g" G' t' j6 E$ Y
$ m% N# t( a6 u1 k 《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。+ o' h1 {3 ]# Q& E4 r7 G/ F
* M9 e0 W; o5 T9 C2 a" |( P/ t ●语言翻译器& o }! w# E& C6 V3 M/ h u, @ N
2 \$ C: Z, p M, j/ W 《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。) ]& _! X7 ^# x
" Y4 R8 C1 e o8 o0 l# Q 新知专题采写/本报记者 李健亚; f. n; M" l K& G0 a; q
& y1 b2 G; w. k# s' D# f4 n 本专题感谢：5 J! w2 V4 P% r+ U2 F$ M) N& T
# W2 ?1 i1 v {7 @ 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)
* F" D4 D6 n7 b6 g
K7 a: g/ _3 d7 o$ | 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
