 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+ e! T7 n/ `# @0 }# a3 e4 ^
! d& _) C5 g F$ X4 e! |& Z+ l' K$ D
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。”3 R, m1 @; \' _- G
2 `$ L% z. C% V) m6 ~# e1 W
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。: [) g4 t$ t. A* Q% p
R, E0 x# F8 A4 N ?0 ~ 1 翘曲飞行. s$ U, B0 `, Q- T
0 |6 E9 D2 ~2 m* c+ ?) f, ] 瞬间到达目的地
7 L& K3 n7 k1 H8 G* W$ l6 ]( j4 ?+ k g {$ r+ X
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。' }8 g3 v5 _$ B5 o
# X- l% `3 @5 \2 ]
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 ?: q! @% a4 W t C" J8 H
1 I' y4 H: h" \# D, d* S5 Z 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。3 F! |( p- t* V! z' z8 m9 o- B8 c4 g
. c/ n9 p6 |7 M# z
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。”
2 G; Z1 P7 [) _% o" G9 ]2 `* w& N) d* |: ]3 @
《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。7 j u2 g- ?* v" l/ y
) T( ^# M$ H; t6 B- Q3 h 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。
0 M: L% K) l) F) G- D8 f* h
. H0 f2 D9 D5 [" s 2 虫洞
- F8 @; K" V% b. k$ _3 b% Z; d6 m( [
在宇宙中“穿越”+ ?& p( Q) D# q% n
" y& U# N; e+ r/ Q l* h 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。' E7 l$ j6 A; U/ G {
( g8 |. X+ ~, X6 s) @. [+ y “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”。
* J3 l% w# K5 B- _1 ^: O4 W7 i7 w) Z* w- i
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。: b$ _- N0 r- p6 R
4 c# F) G! E) ]9 V1 o) {2 i
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。
8 o, ~- M0 F! G$ k T# L6 O/ `5 e2 l( {9 ?9 }6 V r1 @9 p# k2 |
3 光波传送
* a7 I6 T- k) L+ Z
& p7 @ j0 i5 T0 R, Y4 w6 p 回到过去，飞往未来
4 N% e3 M5 j1 t) N% C" t
3 H1 _% H" K7 l, G- ?! a' t2 K 《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。
' I' A7 k/ y# n- d- ]0 o# o4 y9 M ?5 o# q: r7 s) e, b
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。- U h( ?/ a8 A6 c) s3 A3 A3 ~
! }+ ^5 y5 y1 n* d% h2 N+ p
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。
# o. f5 b% y- A+ k0 ~% _, ?4 r' d' x8 k
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。0 |2 c D0 z A" @: H
4 I I! y6 d! m H- f5 d4 d& h0 v# V ■ 外传% F/ d2 q0 p$ C/ k4 W8 j7 R5 _0 \; v
2 Q& Q x; b- G! `+ A* t
现实版《星际迷航》7 h$ L* V( N+ ]4 \
# n) P! Y7 W1 s7 z7 D: K 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。
, Z2 d0 R/ ^* e& `! _) O. ?
0 R$ T/ }/ l" g0 V ●军用激光枪
/ _# s7 Y: Y0 t
3 s1 l' P# J1 [ “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。9 B: H, h+ T: A' |' g0 w7 q
7 w% u% B* T0 Y1 }
●透明铝盔甲2 Z" {4 g% M% F1 G1 @ b# u
/ o( j) {' A) h. [7 x) A 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。
: I( I& g6 l6 B/ [! ]1 s, r7 a$ k3 a- P$ k3 ~3 ^
●宇宙银河间准货币
& s* n" g) z# D K, X1 W, ]) l. M/ V( h. j: a8 I
《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。
/ w/ w8 m, y: G( C/ J: q. r
1 A2 m6 W& X0 w4 s" ^1 e. Z ●语言翻译器
( t! z) p/ @; S* ]' A7 y4 @) J$ z, l4 B, o4 ]" T+ d
《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。
+ k, U) |, {2 f# O3 g2 o+ {
2 o4 v6 f$ c$ W* g/ s- Z 新知专题采写/本报记者 李健亚4 L% h8 X$ I$ A8 h9 S
/ U/ A' _* k' Z( _) c/ F5 [
本专题感谢：
, E/ H6 x/ p& U8 R$ r+ J2 L/ W( b* q- |$ b$ e
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)! u& d0 N( u1 J! `. r3 h: h& n
+ ?/ L4 i1 w; \; |2 i* T% F& m( ?
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
