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超光速旅行不是梦

2015-10-30

星际迷航中的古怪科技《星际迷航》作为美国著名的科幻影视系列,从上世纪60年代以来就开始陆续上映和播出。剧中预言了许多在23世纪才会出现的东西,但它早期的一些预言在今天已经不新鲜了——板砖大小的“通信器”无异于原始的大哥大,“宇宙翻译器”和美军在伊拉克使用的“词句翻译机”一般无二,“企业号”船长写日记时使用的“PADD”便携式电脑,其实就是ipad。

不过,这些发展迅速的科技主要是通信和显示技术,而《星际迷航》中最核心的预言——时空传送器和超光速旅行,却在现实中连个影子都没有,让我们感觉到现实仍然与那个神奇的科幻世界相差甚远。


在《星际迷航》中,时空传送器是一个可以移动人和物体的装置。当这台机器启动时,机器装置中的人会消失,瞬间在遥远时空中另一台传送器中出现,借助于时空传送器,人类可以无视天涯海角般的距离,在宇宙各处闪来闪去。可惜的是,严肃的科学家们无法接受时空传送器的工作原理——复制一个人的信息后销毁人体,在宇宙的另一处提取信息后重塑人体——这样会死人的。而且,一个人身体内大约有10 25原子,要复制并且传输这些原子的信息,需要的信息量是无法想象的。科学家根据人体的结构做过计算,要传输一个人类细胞大约需要100亿比特的信息量,要传输一个人最少需要的数据量有1042次方比特,在现有的带宽下,《星际迷航》中两三秒内搞定的传输实际上要耗去1015次方年,这显然是没有意义的。所以,若想实现星际迷航,时空传送器是靠不住的。

超光速能实现么?

那么超光速旅行的情况又如何呢?《星际迷航》中的“世界联邦”拥有数十光年的疆域,但“企业号”的船员在数周内就可以穿越这些距离,他们依靠的是一种名为“翘曲航行”的技术,使星际飞船可以超越光速飞行,但现实中这是可以做到的么?爱因斯坦的相对论表明,没有物体可以超越光速,迄今为止,无论是传统的化学火箭还是最新式的VASIMR(一种强大的等离子火箭)都不可能接近光速。那么影视中的“翘曲航行”能否实现星际旅行呢?

墨西哥理论物理学家米格尔·阿库别瑞找到了一种方法,可以在不违反相对论的情况下实现超光速。阿库别瑞认为,超光速航行需要一种“曲速引擎”来带动。这种引擎以波动的方式展延空间,导致星际飞船前方的空间收缩而后方的空间扩张,前后所连成的轴向即为飞船想要航行的方向。如此一来,星际飞船仿佛是在一段平坦正常的空间内乘着波动前进,这一空间称为“曲速泡”。既然船在曲速泡内并没有真正地移动,而是由曲速泡带着船走,那么广义相对论中对于物体速度不可超过光速的限制就派不上用场了。

阿库别瑞的科学理论竟然与《星际迷航》中的“翘曲航行”不谋而合,这给了一些科学家少许信心——也许用“曲速引擎”来做星际迷航的疯狂想法并非是可望而不可及的。

阿库别瑞的“曲速引擎”仍然停留在理论阶段,但是美国宇航局(NASA)的科学家哈罗德·桑尼·怀特已经迫不及待地开始试探这种理论的可行性了。他在约翰逊航天中心建立了一套名为“怀特—朱迪曲速干涉仪”的实验装置,试图使用一束激光来触发空间扭曲。怀特希望能观察到光子周围的空间发生扭曲,从而使其在不改变速度的情况下运行更远的距离。

怀特对此这项实验是有信心的,他认为,宇宙在大爆炸之后存在过一个暴涨时期,当时宇宙中任意两点之间都会以极高的速度相互远离,既然大自然能够做到这一点,人类也应该能做到。不过他也承认,即使实验成功,激光产生的空间扭曲也是非常少的,这无法和真正意义上的“曲速引擎”相比,但是怀特仍然认为自己“粗陋不堪的实验”迈出了令人兴奋的第一步。

危险的“翘曲航行”

与怀特不同,美国约翰·霍普金斯大学物理学家威廉·艾德斯坦更多地表示了担忧。他认为,如果星际飞船真的能够超越光速,这对于船员和飞船将是非常危险的。在太空中,每立方厘米的空间中大约只含有两个氢原子,这对低速太空飞行来说不算什么,但是如果飞船的速度接近光速,这些孤独的小原子们就会变成致命的太空地雷。空间中的氢原子会不断撞击超光速运行的飞船,产生的氢原子辐射剂量将达到人类致死剂量的十倍,这么大的能量不仅会杀死船员,也会破坏船上的电子设备。

另外,由于飞船的速度比光快,飞船内部发出的信号很难追上阿库别瑞理论中“曲速泡”的前端,那么应该怎样发出指令让“曲速引擎”开始或者停止压缩这部分空间呢?很明显,这种飞船将很难启动或者停下来。

能否使用“曲速引擎”进行星际旅行,科学家们莫衷一是,但是有一点是确定的——如果要实现星际旅行,我们必须要接近乃至超越光速,在找到更加合适的航行方式之前,科学家们将继续探寻“翘曲航行”的可能性。

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