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少年,想学瞬间移动吗

时间:2020-07-31 作者:未详 点击:

  很遗憾,我们学不会瞬间移动。爱因斯坦告诉我们,光速是宇宙中最快的速度,任何物体的移动速度都不可能超过光速。那么想要通过不断加速来完成瞬间移动,就变成了不可能的任务,尤其是在宇宙尺度上。比如离我们最近的恒星是比邻星,它和地球的距离是4。2光年,如果想要开启一段前往比邻星的星际旅行,以人类现有的飞行器“旅行者1号”的速度,这趟旅程将持续几万年,这个时间甚至比整个人类文明的历史还长。要知道,在数万年前,我们的祖先才刚刚学会使用石器。而如果用宇宙中最快的速度——光速,也需要4。2年的时间才能到达,这离一眨眼的时间差得实在太多了。
  
  不过,瞬间移动这件事情可难不倒科幻作家。在很多科幻作品中,都有超光速航行的技术。科幻作品中的人物乘坐宇宙飞船,可以在一瞬间抵达几百甚至几万光年外的星球。为什么这些宇宙飞船可以无视光速极限,实现瞬间移动呢?这背后的科学原理又是什么呢?
  
  虫子咬的洞
  
  在超光速瞬间移动的背后,是一个物理学分支——虫洞物理学。虫洞这个怪异的词,可能会让人产生一些奇怪的联想,比如联想到虫子咬出的一个洞。事实上这是一个非常恰当的联想,因为科学家之所以为它取名为虫洞,就是为了方便向公众介绍这个概念。
  
  你可以想象这样一个场景:假设一颗巨大的苹果上有两条虫子,一条虫子沿着苹果的表面,从这一端爬到了对面,而另一条虫子在表面咬开了一个洞,直接穿过苹果内部到达了另一端。如果两条虫子以相同的速度爬行,那么挖洞的虫子就能用更短的时间到达目的地,这是因为它穿过了连接苹果两侧表面空间的“虫洞”。假设苹果世界的最快速度是“虫速”,那么那条穿越“虫洞”的虫子就完成了超“虫速”旅行。
  
  如果我们生活的空间也像苹果表面一样是弯曲的,那么也可能存在这样的虫洞,让我们完成超光速的“瞬间移动”。三维空间的弯曲是一个非常难以想象的概念,不过在爱因斯坦的广义相对论看来,空间弯曲其实就是“万有引力”的本质。爱因斯坦认为,地球之所以绕着太阳转,是因为太阳的存在压弯了周围的空间。我们所生活的空间就是弯曲的,虫洞也完全有可能存在。只要存在合适的虫洞,无论多么遥远的距离都可能变得近在咫尺,我们完全有可能实现超光速的瞬间移动。但是虫洞真的存在吗?
  
  遗憾的是,目前人类在宇宙中还没有发现任何一个天然虫洞的存在。但是,这并不代表虫洞不存在,很可能只是我们还没有发现。因为虫洞的存在,本身并不违反任何物理定律。理论上,只要我们有足够的技术,甚至可以建造一个人造虫洞,从而完成瞬间移动。
  
  负能量的奇异物质
  
  虫洞物理学研究的,主要是可以作为星际旅行通道的虫洞,这种虫洞被称为可穿越虫洞。那什么样的虫洞才算得上是可穿越虫洞呢?一个重要的条件就是稳定性。物理学家通过研究发现,要想保证虫洞稳定,在虫洞的内部必须存在某种能量为负的奇异物质,因此,这种奇异物质被称为负能量物质。
  
  负能量物质之所以奇异,是因为在经典物理学中,能量的零点是用真空来定义的。相对于真空,任何其他物质都具有正能量。因此,一个比真空能量更低的物质是超出常理的。不过幸运的是,量子力学的出现打破了真空“一无所有”这个观念。物理学家通过实验发现了负能量是真实存在的,只不过这些实验发现的负能量数量都微乎其微。
  
  另一方面,物理学家对维持一个虫洞所需要的负能量物质也做了一个计算。结果发现,虫洞的半径越大,所需要的負能量物质就越多。比如,维持一个半径1千米的虫洞,所需要的负能量物质大概相当于一个太阳的质量。这无疑给人造虫洞的前景泼了一盆无情的冷水,因为负能量物质都是以微观尺度来衡量的,而太阳的质量在宏观尺度上,是一个惊人的天文数字。二者之间天差地远,无疑给建造虫洞的构想蒙上了一层浓重的阴影。
  
  不过这并没有完全否定人造虫洞的可能性,或许在未来,我们有能力收集到足够的负能量物质;又或许我们能够在宇宙的某个偏僻角落,发现一个天然的虫洞。那么假设我们成功地建造或者发现了一个半径1千米的虫洞,是否就可以实现瞬间移动了呢?在穿越虫洞的时候又会发生什么呢?
  
  星际旅行家的噩梦
  
  当我们在穿越虫洞的时候,会遇上一个非常棘手的问题,那就是负能量物质的张力。当星际飞船靠近虫洞后,飞船上的船员会感受到一个沿着虫洞方向的前后拉伸的力;在垂直方向上,则会有一个上下挤压的力。刚开始的时候,这种感觉还不明显,然而随着飞船越来越接近虫洞,这种感觉会越来越令人不适。如果飞船继续试图穿越这个半径1千米的虫洞,疯狂增加的张力会把飞船和船员撕裂成一长串比原子还小的粒子。辛辛苦苦建造的虫洞竟然是一个撕咬万物的深渊巨口,这实在是太令人沮丧了。难道用虫洞进行瞬间移动注定是不可能的吗?
  
  物理学家通过计算发现,半径越大的虫洞,张力的影响就越小。不过,现实依然残酷,即使是一个半径1光年的虫洞,它内部的张力依然可以破坏物质的原子结构。更不妙的是,半径1光年的虫洞所需要的负能量物质,已经相当于10万亿个太阳质量了!而且即使真的有一个足够安全的虫洞,过大的半径会降低它的定位精度,一个不能精确到达目的地的虫洞也是毫无意义的。
  
  看来,一个能够实现瞬间移动的虫洞,几乎不可能在现实中出现。这样看来,所有的科幻作品中关于远距离星际旅行的美丽故事,也不过是镜花水月。科幻故事的背后,是冷冰冰的物理学,它或许否定了部分充满想象力的奇思妙想,唯一被严格践行的是“求真”的原则。在感叹科幻之美的同时,还要分辨科学和幻想的区别呀。

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