 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
6 H, H: v; y5 ^2 T9 w
6 Z% |" W$ d5 l' t8 k; T 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。”
: m+ e6 [ |! Z) J9 V% \1 F2 g; B0 d9 ^, o
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。# _- E3 p! o& c3 C0 D# W
/ m$ e: v# i+ |& {
1 翘曲飞行* l2 _' g/ n0 ~ i+ m8 B& k
5 H& q2 Z* z @3 R" L 瞬间到达目的地, A! E; E3 s- G) a
% |, i/ |+ d7 V, @ 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。- p+ D( O" n' _4 p+ }7 }
{( [8 V L% k4 U8 M( S1 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。3 }' U, ^6 t2 N' h& N5 l
! X! J/ N/ h1 \1 n. D6 P$ o 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。 Y6 o& r9 ]8 M+ s/ K
: V) @6 M+ j1 y( t
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。”9 I6 u# t' u, f; C& O- z: `% D
; i8 V. @& n" _3 y) 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。
5 Z( C& L; D+ F+ p0 O
; ^$ r5 z# m3 O' f+ ]) M 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 r \2 U; J. f1 ^# M8 l' W5 S' `) g+ L3 j) }9 |2 X: {
2 虫洞: i/ p5 k: f2 a% }( {
" c6 t& O. L& q/ s4 p! F3 ^
在宇宙中“穿越”5 I- J% ~$ e' e2 ?
4 P& }! b$ j+ I* R8 F# @ 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。. Z6 c: M) O$ G2 x3 L
, `# g$ R; R9 J# r “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 @% H' Q4 j& f* Z& o$ }
. J7 z$ l' B; W 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。: j6 }; Q/ U9 X) k5 V0 F$ r/ X
! f' [$ q& d1 J+ v: p8 X. G- e 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。) S* `# U. c$ J4 h3 K0 h* a% G
/ [1 ?& X4 O1 [( k7 f, p 3 光波传送, z* y4 ^8 Z; B5 n; F
8 U$ u( Z7 F8 W& _4 S 回到过去，飞往未来" ?: }8 W+ b( ]4 T1 {$ _9 ?+ Z
* `8 \4 d: K' v5 L+ N! 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。8 U) a' ^9 O3 B3 s- h7 a
- L+ a( c% } d
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。. _7 Z2 O. a3 e9 U' N, |& M( U
" y4 e; [) C) q& q5 f
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。) i+ H7 e# M7 M0 v. I4 ?
4 d. s3 M; ^+ P0 E) ]1 P. E( s( x
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。1 \2 R4 v, p6 t5 o7 ^( T. f6 N! A
! ?4 |# L! s, y
■ 外传: _& G9 V6 G/ C) P
1 I$ y8 u4 D* R/ I: Q8 A+ M& B
现实版《星际迷航》
3 D: t. J( W) U6 X9 @4 c6 g/ y9 P! S; M, \, R- X0 j' ]
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。
1 ?/ I4 t2 E5 J
' D6 c! K# _- w" K2 Q$ _ ●军用激光枪
5 t6 L- N6 d, V" i( R2 [
: G8 O! @8 Q. ]( Z “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。
! ?/ e& _5 K+ S2 j* k
9 o+ M2 T: `7 i ●透明铝盔甲5 ^: C/ G0 \' c) O- e& S
, ]2 _0 g. Y3 B: C% t" h
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。
+ E5 j+ n6 p+ k$ n& U3 Y4 [/ n
" p5 s8 p! D$ I8 K' ` ●宇宙银河间准货币
% K% ^( i2 q1 V% V7 ?
9 c y+ J0 Q2 }) z Q; \/ G9 l8 | 《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。6 F) @7 ?# m' \, g0 a
' t7 T% V6 {9 V* F* Z) ?1 m
●语言翻译器( d3 D7 V; W$ H0 ~
# z) t9 M: o" H+ B7 l; | 《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。
" ]1 }% u* v* X3 E
1 B4 X( V2 ^% d9 P: i5 w 新知专题采写/本报记者 李健亚
5 W& O- D- }% \2 [. o; t( W9 `- K" @ N
本专题感谢：+ M& w" W+ Z! y3 M! A m% `
- v8 Z2 a7 s8 V" U y
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)) V7 K# e' h3 _- ?
* w: \3 ~% i' `# 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
