 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
% v% {, d" i) K; e0 \/ E9 `
5 Q# d( e% o; P/ X4 y* [5 L9 t. m 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。”; r+ a9 N9 p5 e
- z0 w/ l9 x) y/ Y" q
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。5 v* B0 |# {- V1 T: @# I1 _
+ a' h( w% {7 B% X' p% R. ~ 1 翘曲飞行4 h' V8 `2 E- q$ Y8 j' i
5 x. R* X1 a3 E/ F2 C
瞬间到达目的地. A, v3 S: |$ u6 a6 a' l
8 U0 P% g8 j' x; e
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。
# m7 i0 \' h4 p4 U8 s" @
. i/ O0 f# e( i7 h! }/ E) a+ k, _9 Y 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。
. s/ z& N: R$ T+ ^# C
y/ y0 G a* s# W* d. x: J 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。# |' R8 ~$ ]6 V" v5 M8 {. P0 g
7 _; L$ r/ E" u" y7 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。”
7 z, b0 C/ ~. H: O5 C% Q% Q Z0 e
# l6 p" S1 z8 h; C5 ?6 b' | 《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 ]/ t q( y3 _, n. M) ^( X1 g
+ k; M! \7 u' ^7 U3 ? 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。
( _7 j; } o( j9 L& h0 ]; b. c ?2 t$ ~
2 虫洞' y, g T* @; S2 r) o; G
- [- G J# f, U3 y: }
在宇宙中“穿越”+ a1 L' G5 z4 [# L9 ^4 }$ \
0 A0 Y; v4 T& _& I+ `% E; q 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。0 M- U) E1 ^3 V& A
: f7 y1 U/ _; q
“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”。: ]; }5 k1 `- G- {' f3 _" s7 Y
8 |" ^/ y; b% R, e0 H8 g3 ? 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。" t+ F) x. r, v+ U
G% \! F9 ~( {- P# [# p2 C 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。! I1 @6 @ c* a8 J! o0 v) d
; U) n2 ]" Y% ^7 M4 E5 {
3 光波传送; {% u' ^% `6 K
4 V' K. ^/ P5 k* O
回到过去，飞往未来
- Q3 f$ b+ q7 T% V, I. o% E. p* V* l! }7 Q' F
《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。- f- y* f" e9 `; c! l
& W( ?$ E4 e3 k5 K( _9 ^1 V
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。
# K# o( f0 T) \2 T$ L
7 ~3 y1 e0 e; c' z/ S 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。7 g2 ?6 J' h7 O7 q9 f
& x; E6 R- g( V9 T/ Q 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。
3 k6 i$ G9 P' |) B6 L& I0 i/ e6 s8 }6 ]
■ 外传
E9 C; Q! M: a, p
6 k2 i9 d2 H# B1 R& E( d 现实版《星际迷航》
# I$ Q. h+ j+ B6 x, Y! d
8 j) _0 P- S* k8 r! P+ 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。
! r" ^, C* e$ c- ^! r& I
" l2 N5 V b0 @4 {' v5 z4 P( I ●军用激光枪" b* U, R" S" d! A* `
, I: y" K3 B4 M; @. `; f! h5 |( ^
“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。
( A7 r9 z/ L2 k! L) H7 A$ J5 V6 u* \ |5 ]9 W
●透明铝盔甲
$ |1 C. Y( O7 d, x. d8 |9 Y5 @- B( v1 e) f; L
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。
" Z7 B1 E, f* ~4 m( _) G9 c2 k
5 d! Z2 i' w4 X) W6 [6 E0 v8 Y ●宇宙银河间准货币, t& P3 ?$ D k
! w, F! _" ? e+ | 《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。
( ~. b, Q* ]* ~6 @- ^2 v# a: {
1 |) w! C/ B, T9 B2 T1 A ●语言翻译器
. @6 k' d" j7 S5 I2 X% r0 r: ] 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。8 c1 O8 p( [# G' r5 u! t2 h2 D
+ T# S% L7 X5 l- W8 x7 e L 新知专题采写/本报记者 李健亚) ?3 t& I! e& e& U. A( r( [
! ?% O( v; N; v# H: C2 P7 \5 F 本专题感谢：
5 K4 E. J3 j& E: K0 M9 S
5 X9 I3 ^+ {8 B) y' O4 }& y& H 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)
1 j, b, R8 k' f3 t( J+ J
# k, ^3 `/ K6 T/ @! x6 S& P6 T; b 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
