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给孩子最好的科学教育
编译 七君
爱因斯坦的广义相对论预言了虫洞的存在。虫洞是连接宇宙不同时空的快捷方式，有了它就能实现星际旅行，甚至时空穿梭。虽然从没有人看见过虫洞，但是关于虫洞和时空穿梭的讨论一直没有降温。
和虫洞一样，有一些看起来似乎不可能存在的东西实际上并不违反物理学，物理学甚至还能证明其中的一些是可能存在的。
永动机
▲ 达芬奇设计的永动机
几个世纪以来，在没有外界提供能量的情况下，一直运动下去的机械一直是许多发明家的梦想。达芬奇就曾经设计过几款旋转的永动机。爱尔兰自然哲学家罗伯特·波义耳也想象过一个给自己供能的漏斗状永动机。法国数学家布莱兹·帕斯卡似乎对永动机早有怀疑，他转而设计了博彩游戏中常见的轮盘。
▲ 波义耳设计的永动机
但是后来物理学家们发现，大型永动机违反物理学，尤其是热力学的铁律，因此是不可能存在的。然而诺贝尔物理学奖获得者弗朗克·韦尔切克却设计出了一种“时间晶体”，这种晶体可以在没有外力的情况下永远保持振荡。
▲ 弗朗克·韦尔切克
今年年初，2支不同的科研团队制造出了时间晶体。虽然这看起来很不可思议，但是一些物理学家认为时间晶体是一种合理的永动机形式（不过我们不能从这种时间晶体中提取能量，所以没有违反物理学的定律）。许多研究人员依然在探寻时间晶体的重要意义。
传送门
你希望家里有扇神奇的门，能够把你送到地球的另一边吗？这种科幻片里的装置其实并不违反物理学。
物理学家加来道雄在2008年的著作《电影中不可能的物理学》（Physics of the Impossible）一书中把传送门成为“一级不可能物体”，也就是说这种东西在理论上可以制造，甚至在我们的有生之年就可能会出现。
▲ 加来道雄
实际上，传送门可能已经出现了。一些亚原子粒子的运动就符合传送门的特征。比如爱因斯坦口中的“鬼魅般的超距作用”——量子纠缠现象就可以让信息和量子态瞬间传到宇宙中的其他地方。
物理学家们在1997年做过史上第一个量子隐形传态实验，他们让一个光子的量子态被传送到10多厘米开外的另一个光子上。目前，量子隐形传态的记录已经超过了100千米。
▲ 西非的加那利群岛是进行天文学观测的好地点。 La Palma山（左）和Tenerife山（右）相距143千米，利用这两座山上的装置实现了距离为143千米的量子隐形传态。图片来源：分辨率图像光谱仪（MERIS）
隐身衣
哈利波特的隐身衣可以让穿着它的人瞬间消失。科学家把制造隐身衣的材料叫做超材料，他们认为这种材料是存在的，隐身衣也可以被制造出来。
超材料隐身衣的原理其实很简单：让光波像绕过石头的水流一样绕过被隐身衣覆盖的物体，然后传播到你的眼中。在实际操作中，需要研发出全新的纳米结构材料才能让光线以这种奇异的方式弯折。
▲ 用超材料制造的隐身衣可以使光线弯折后到达观察者的眼睛
2000年的时候就有人制造出了超材料，后来陆续有人制造出了隐身设备。最近科学家们认定，人体那么大的隐身衣是造不出来的。不过这也不算什么大损失，因为我们现在只能让特定波长的光弯折，所以目前的隐身设备看起来颜色比较诡异，反而让它们更引人注目。
▲ 2006年杜克大学的David Schurig和同事用超材料制造的环形隐身衣
但是这些隐身衣的技术可以被用到别的地方，比如使地震波弯折，保护城市不受地震的影响。
负温度
有一个物理学的笑话是这么说的：如果你想要在这个宇宙里好好活命，最好遵循下面这些物理定律：别超光速旅行、别被零除，也别把任何东西的温度降到绝对零度以下。
绝对零度大约等于零下273摄氏度。在绝对零度，理论上原子会停止运动。因此负温度看起来是不可能的。物理学家也在今年年初证明，你根本到不了绝对零度。
绝对零度到不了，但是负温度却可能实现。这科学吗？根据严格的热力学定义，温度描述的是秩序：物体内部越有秩序，它的温度就越低。
▲ 艺术家对5种不同的玻尔兹曼分布的气体的描绘。从左到右：温度比绝对零度高一点点；温度大于绝对零度；温度为无穷大（或无穷小，因为2者在物理上的意义是一样的）；负温度；比绝对零度小一点点。
图片来源：quantum-munich.de
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