超光速旅行
科幻作品中不乏對(duì)人類探索深空的描寫(xiě)，而要探索深空就涉及超光速。在本文中，科學(xué)家考證迅速穿越宇宙的各種可能方式是否真的可行，例如蟲(chóng)洞、曲速引擎和一種叫作“負(fù)能量”的神秘物質(zhì)。
你已打好背包，等待從航天港騰飛。你可能會(huì)想象宇宙飛船上將播放什么電影。
盡管長(zhǎng)途旅行從來(lái)都不是你的偏愛(ài)，但一旦抵達(dá)目的地，你就會(huì)覺(jué)得這趟旅行實(shí)在太值得。不過(guò)，這次你不是跨越大洋去另一個(gè)大陸，而是要旅行到幾千光年外的深空。
恒星際（即恒星之間，或稱深空）旅行是人類長(zhǎng)久以來(lái)的一大夢(mèng)想。它也是科幻大片的一個(gè)常見(jiàn)主題：前往遙遠(yuǎn)世界，深入黑洞觀光，或者把人類從瀕死的地球拯救到深空樂(lè)土。好萊塢大片《深空》中，一群宇航員使用穿越時(shí)空的捷徑——蟲(chóng)洞，探尋整個(gè)宇宙中的可居住世界。
在考慮深空旅行時(shí)，遇到的最大問(wèn)題是巨大的距離。離地球最近的恒星除太陽(yáng)外就是比鄰星，它距離地球40萬(wàn)億千米之遙。請(qǐng)注意，40萬(wàn)億就是4的后面跟著13個(gè)0哦！這樣的數(shù)字真是“笨重”，所以科學(xué)家創(chuàng)造了光年這個(gè)距離單位。1光年是指一束光在真空中（也即宇宙空間）1年中走過(guò)的距離，等于9.5萬(wàn)億千米。就算是以光速?gòu)牡厍虺霭l(fā)和旅行，也需要4.2年才能飛到比鄰星。科學(xué)家之所以選擇光速，是因?yàn)楣馑偈怯钪嬷凶羁斓乃俣取?9和20世紀(jì)進(jìn)行的多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)顯示，光速看來(lái)是你能穿越空間的絕對(duì)速度極限。
迄今為止，地球人建造的最快的飛船是歐洲空間局（簡(jiǎn)稱歐空局）的“太陽(yáng)神”系列探測(cè)器。
太陽(yáng)神1號(hào)
20世紀(jì)70年代中期，它們以超過(guò)每秒70.22km的速度飛過(guò)太陽(yáng)。這與每秒約30萬(wàn)千米的光速相比，簡(jiǎn)直不值一提。比鄰星是地球的近鄰，所以才稱為比鄰星。大多數(shù)恒星與地球的距離是比鄰星與地球之間距離的幾百倍、幾千倍、幾萬(wàn)倍甚至幾十萬(wàn)倍。如果要讓深空旅行變得可行，就必須找到能繞過(guò)光速限制的方法，蟲(chóng)洞的用處就在于此。實(shí)際上，蟲(chóng)洞是廣義相對(duì)論的一個(gè)基本話題。
什么是時(shí)空？
時(shí)空是愛(ài)因斯坦在廣義相對(duì)論中使用的坐標(biāo)系。其中，時(shí)間被視作一個(gè)代表第四維度的可變量，與三維空間沒(méi)有任何區(qū)別。沒(méi)有人知道時(shí)空是否只是一個(gè)數(shù)學(xué)概念，還是在物理學(xué)上可行。探測(cè)時(shí)空結(jié)構(gòu)的努力迄今尚未成功。
蟲(chóng)洞
廣義相對(duì)論是愛(ài)因斯坦對(duì)宇宙的描述。它提供了一個(gè)叫作時(shí)間-空間（簡(jiǎn)稱時(shí)空）的坐標(biāo)系，所有天體都位于這個(gè)系統(tǒng)中。時(shí)空經(jīng)常被描述成一個(gè)延伸在整個(gè)宇宙中的連續(xù)結(jié)構(gòu)。當(dāng)你在時(shí)空中移動(dòng)時(shí)，就是在時(shí)間和空間里都移動(dòng)。天體扭曲這一結(jié)構(gòu)，盡管這種扭曲對(duì)我們來(lái)說(shuō)幾乎不可見(jiàn)，它卻創(chuàng)造引力，使光線偏轉(zhuǎn)。
蟲(chóng)洞是穿越時(shí)空的隧道?？梢园阉鼈円暈樵诳臻g往復(fù)旅行時(shí)，能借以避開(kāi)長(zhǎng)距離的捷徑?；蛟S很多讀者都知道“蟲(chóng)洞”，《來(lái)自星星的你》里面的都教授就是通過(guò)蟲(chóng)洞穿梭于宇宙之間。蟲(chóng)洞這個(gè)名字，是由美國(guó)科學(xué)家約翰·惠勒在1957年的一篇文章里首次提出的。
其實(shí)，早在1935年，愛(ài)因斯坦及其同事南森·羅森就調(diào)查過(guò)這種可能性（所以蟲(chóng)洞的正規(guī)名稱是愛(ài)因斯坦-羅森橋），而一名德國(guó)數(shù)學(xué)家在1925年就提出了這種可能性的存在。蟲(chóng)洞看來(lái)是亞微觀（極細(xì)微）結(jié)構(gòu)。它們看似有天然不穩(wěn)定性。因此，就算亞微觀蟲(chóng)洞正在持續(xù)形成，它們也可能在有什么東西穿過(guò)它們之前就坍塌了。
美國(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家基普·索恩（2017年諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，星際穿越科學(xué)顧問(wèn)）的研究發(fā)現(xiàn)
，如果在蟲(chóng)洞形成之際能給它引入某種合適的能量，蟲(chóng)洞就可能被穩(wěn)定和擴(kuò)大，因此使得蟲(chóng)洞旅行可行。但這里有一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題：這種合適的能量從何而來(lái)？科學(xué)家的回答是：它很可能不是我們已知的宇宙能量。
問(wèn)題在于，這種能量必須能施加所謂的“負(fù)壓力”。為此，必須有某種能產(chǎn)生負(fù)引力的負(fù)能量或負(fù)質(zhì)量。1997年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙正在加速膨脹。他們認(rèn)為，這是由空間充滿的一種負(fù)能量導(dǎo)致的。他們稱之為“暗能量”。但蟲(chóng)洞比暗能量還要怪異。盡管如此，科學(xué)家還是開(kāi)始研究暗能量究竟會(huì)如何影響蟲(chóng)洞。結(jié)果并不好，暗能量會(huì)遵循奇異的量子力學(xué)定律，這些定律適用于超細(xì)微結(jié)構(gòu)。研究發(fā)現(xiàn)，暗能量的位置和動(dòng)量都無(wú)法被準(zhǔn)確界定，這會(huì)造成蟲(chóng)洞“模糊”。也就是說(shuō)，穿越蟲(chóng)洞后你最終會(huì)止于何處、止于何時(shí)，都是不確定的。換句話說(shuō)，你確實(shí)可以在時(shí)空中找到捷徑并且采用，卻不能掌控目的地或到達(dá)時(shí)間。不得不承認(rèn)，蟲(chóng)洞這個(gè)概念實(shí)際上很粗糙，在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)它完全超越人類的技術(shù)能力，也就是純粹屬于科幻范疇。
怎樣建造蟲(chóng)洞
運(yùn)用復(fù)雜的技術(shù)和一些暗能量，我們有可能創(chuàng)建蟲(chóng)洞穿越時(shí)空
1 獲取負(fù)能量
第一步是找到一種負(fù)能量源，讓它抵消天然形成的蟲(chóng)洞容易坍塌的趨勢(shì)。這種能量必須以某種方式儲(chǔ)存，從而克制它讓自己周?chē)鷷r(shí)空膨脹的趨勢(shì)。這涉及高端技術(shù)，而且是否有合適的負(fù)能量存在也不能確保。
2 找到蟲(chóng)洞
蟲(chóng)洞有可能在宇宙中小規(guī)模地連續(xù)形成和消失。量子泡沫是通過(guò)超強(qiáng)力顯微鏡和粒子加速器看到的時(shí)空連續(xù)體，這是一種高度復(fù)雜的技術(shù)，或許能扼住一個(gè)超細(xì)微蟲(chóng)洞的咽喉。
3 輕易搞定
一旦蟲(chóng)洞被采用負(fù)能量穩(wěn)定下來(lái)，一艘宇宙飛船就可被送入蟲(chóng)洞，看它最終如何終結(jié)。如果它終止于無(wú)用之地或危險(xiǎn)之地，那就順其自然，讓它逐漸消亡。如果蟲(chóng)洞真的能形成一座時(shí)空橋，那就為它注入更多負(fù)能量。
4 空間捷徑
一旦蟲(chóng)洞變得足夠大，它就可被用作空間捷徑。有一種可能性，就是把蟲(chóng)洞入口和出口搬到更好的地方。所需的只是某種類型的空間拖船（也稱軌道間飛船或星際交通船），它利用負(fù)能量的反引力，把蟲(chóng)洞的開(kāi)口“推到”更有利的位置。
5 宇宙高速路
最終，一個(gè)蟲(chóng)洞網(wǎng)絡(luò)將跨越銀河系，延伸到更遠(yuǎn)處，如果真的存在其他宇宙，它甚至能延伸到其他宇宙。因?yàn)橄x(chóng)洞是穿越時(shí)空的捷徑，它們也可能被用作時(shí)間機(jī)器。但在蟲(chóng)洞被創(chuàng)制以前，你根本不要指望能回到從前。
怎樣尋找蟲(chóng)洞？
在宇宙深空定位蟲(chóng)洞是一件很棘手的事，但這方面已有多種理念。
有可能從照亮整個(gè)通道的蟲(chóng)洞一端，看見(jiàn)另一端的恒星。俄羅斯物理學(xué)家亞歷山大·夏茨基的計(jì)算表明，讓蟲(chóng)洞開(kāi)啟所需的負(fù)能量，會(huì)把來(lái)自蟲(chóng)洞邊緣的光線推動(dòng)、聚合成蟲(chóng)洞邊緣的一圈光暈。夏茨基暗示，蟲(chóng)洞另一側(cè)發(fā)生的伽馬射線暴，可能會(huì)暴露蟲(chóng)洞的存在?？茖W(xué)家將可能看見(jiàn)一次伽馬射線暴，但無(wú)法識(shí)別究竟是哪個(gè)星系所產(chǎn)生的。
另一種思路是，蟲(chóng)洞的開(kāi)口可能會(huì)在我們于一顆恒星前方的觀測(cè)視線中飄浮。首先，蟲(chóng)洞的強(qiáng)大引力場(chǎng)會(huì)通過(guò)引力透鏡過(guò)程增強(qiáng)恒星的星光。接著，隨著恒星星光向下進(jìn)入蟲(chóng)洞，恒星會(huì)變暗。最后，隨著蟲(chóng)洞離開(kāi)恒星，星光在另一次引力透鏡效應(yīng)中再度達(dá)到最亮。這會(huì)成為蟲(chóng)洞的可識(shí)別標(biāo)志。
或許，識(shí)別蟲(chóng)洞的最重要含義是：外星人或許真的存在。一個(gè)大得足以被看見(jiàn)的蟲(chóng)洞之所以被看見(jiàn)，真正原因可能是某些高度發(fā)達(dá)的外星人在操控它。
1994年，墨西哥物理學(xué)家米格爾·埃爾古比爾一夜成名，因?yàn)樗C明了曲速引擎的建造至少在理論上是可行的。他破解了愛(ài)因斯坦的系列方程式，精確證明：可以讓一艘飛船想好快就好快地在時(shí)空泡泡上沖浪。但問(wèn)題是，這也得依賴某種類型的負(fù)能量來(lái)扭曲空間，提供反引力，推動(dòng)飛船往返。
在位于得克薩斯州休斯頓的美國(guó)宇航局約翰遜太空中心，一個(gè)科學(xué)家和工程師團(tuán)隊(duì)就職于“高端推進(jìn)物理實(shí)驗(yàn)室”。在工程師兼物理學(xué)家哈羅德·懷特率領(lǐng)下，他們進(jìn)行一系列實(shí)驗(yàn)。有人聲稱，這些實(shí)驗(yàn)顯示了出人預(yù)料的性質(zhì)，可能被用于未來(lái)的太空飛行。2016年，這個(gè)團(tuán)隊(duì)登上媒體頭條，也遭來(lái)一些非議，因?yàn)樗麄儼l(fā)表的研究結(jié)果暗示：一種“不可能的”推進(jìn)系統(tǒng)其實(shí)有可能行得通。
這種原本被稱為“特快推進(jìn)”的系統(tǒng)，是由英國(guó)工程師羅杰·索耶提出的。他相信，在適合的條件下，被引入一個(gè)錐形模腔的微波能產(chǎn)生一種推進(jìn)力。一些科學(xué)家猛烈抨擊索耶的理論，稱它違反物理學(xué)的一個(gè)基本定律——能量守恒。然而，也有一些科學(xué)家團(tuán)隊(duì)（包括懷特團(tuán)隊(duì)）對(duì)測(cè)試索耶理論有一定興趣。美國(guó)宇航局拒絕記者對(duì)懷特的采訪申請(qǐng)，但該局在一份聲明中表示：“盡管約翰遜太空中心一個(gè)團(tuán)隊(duì)的超光速理論研究成為頭條新聞，但這屬于一種概念性調(diào)查?！睋Q句話說(shuō)，打好行囊、準(zhǔn)備深空旅行其實(shí)為期還遠(yuǎn)。
有可能會(huì)使得深空旅行成為可能的進(jìn)展，也許并不一定會(huì)來(lái)自實(shí)驗(yàn)。超越愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的引力理論新延伸，或許向我們顯示了怎樣突破光速限制。
根據(jù)現(xiàn)有理論，我們應(yīng)該無(wú)法打破光速限制。但一些科學(xué)家相信，現(xiàn)有的光速理論有缺陷，該理論并非是堅(jiān)不可摧的。倫敦帝國(guó)大學(xué)的物理學(xué)家若昂·馬奎荷一直致力于研發(fā)一種全新的引力理論，它適用于引力變得極強(qiáng)的情況，例如在黑洞附近或接近大爆炸（宇宙誕生）時(shí)刻的狀況。這兩者都是廣義相對(duì)論崩潰之地。馬奎荷提出的一種假說(shuō)是，在大爆炸之后的時(shí)刻，光速比地球上見(jiàn)到的光速高得多。除了能解釋一系列令人困惑的宇宙學(xué)觀測(cè)結(jié)果之外，馬奎荷的這一假說(shuō)還能打開(kāi)深空旅行的高速通道。
這之所以成為一種可能性，是因?yàn)樵S多有關(guān)早期宇宙的理論都預(yù)測(cè)了一種叫作“宇宙弦”的現(xiàn)象。
這些弦是大爆炸的剩余，至今未被直接觀察到。作為時(shí)空中的“折痕”或“皺紋”，宇宙弦其實(shí)是太空中略微有差異地區(qū)之間的邊界。它們很像晶體中可能出現(xiàn)的瑕疵。重要的是，它們的規(guī)模很大，光速在靠近它們的地方很可能會(huì)增加，并且會(huì)沿著弦的直徑一直保持高速。從理論上說(shuō)，飛船完全可以沿著宇宙弦飛行，把宇宙弦作為通往其他恒星的一條深空高速路。其中的美妙在于，你無(wú)須打破光速限制，只需某種強(qiáng)力引擎來(lái)加速飛船。
然而，如此激動(dòng)人心的技術(shù)要變成現(xiàn)實(shí)的話，還需要很漫長(zhǎng)的時(shí)間。馬奎荷甚至不愿意預(yù)測(cè)這種可能性是否真的存在。實(shí)際上，科學(xué)界一致認(rèn)為，深空旅行目前只能停留在科幻理念中。
聯(lián)系客服
