少年，想學(xué)瞬間移動(dòng)嗎

兔先

很遺憾，我們學(xué)不會(huì)瞬間移動(dòng)。愛(ài)因斯坦告訴我們，光速是宇宙中最快的速度，任何物體的移動(dòng)速度都不可能超過(guò)光速。那么想要通過(guò)不斷加速來(lái)完成瞬間移動(dòng)，就變成了不可能的任務(wù)，尤其是在宇宙尺度上。比如，離太陽(yáng)系最近的恒星是比鄰星，它和地球的距離是4.2 光年，如果想要開(kāi)啟一段前往比鄰星的星際旅行，以人類現(xiàn)有的飛行器“旅行者1 號(hào)”的速度，這趟旅程將持續(xù)幾萬(wàn)年，這個(gè)時(shí)間甚至比整個(gè)人類文明的歷史還長(zhǎng)。要知道，在數(shù)萬(wàn)年前，我們的祖先才剛剛學(xué)會(huì)使用石器。而如果用宇宙中最快的速度——光速，也需要4.2年的時(shí)間才能到達(dá)，這離一眨眼的時(shí)間差得實(shí)在太多了。

不過(guò)，瞬間移動(dòng)這件事情可難不倒科幻作家。在很多科幻作品中，都有超光速航行的技術(shù)。科幻作品中的人物乘坐宇宙飛船，可以在一瞬間抵達(dá)幾百甚至幾萬(wàn)光年外的星球。為什么這些宇宙飛船可以無(wú)視光速極限，實(shí)現(xiàn)瞬間移動(dòng)呢？這背后的科學(xué)原理又是什么呢？

蟲(chóng)子咬的洞

在超光速瞬間移動(dòng)的背后，是一個(gè)物理學(xué)分支——蟲(chóng)洞物理學(xué)。蟲(chóng)洞這個(gè)怪異的詞，可能會(huì)讓人產(chǎn)生一些奇怪的聯(lián)想，如聯(lián)想到蟲(chóng)子咬出的一個(gè)洞。事實(shí)上這是一個(gè)非常恰當(dāng)?shù)穆?lián)想，因?yàn)榭茖W(xué)家之所以為它取名為蟲(chóng)洞，就是為了方便向公眾介紹這個(gè)概念。

你可以想象這樣一個(gè)場(chǎng)景：假設(shè)一顆巨大的蘋(píng)果上有兩條蟲(chóng)子，一條蟲(chóng)子沿著蘋(píng)果的表面，從這一端爬到了對(duì)面；而另一條蟲(chóng)子在表面咬開(kāi)了一個(gè)洞，直接穿過(guò)蘋(píng)果內(nèi)部到達(dá)了另一端。如果兩條蟲(chóng)子以相同的速度爬行，那么挖洞的蟲(chóng)子就能用更短的時(shí)間到達(dá)目的地，這是因?yàn)樗┻^(guò)了連接蘋(píng)果兩側(cè)表面空間的“蟲(chóng)洞”。假設(shè)蘋(píng)果世界的最快速度是“蟲(chóng)速”，那么那條穿越“蟲(chóng)洞”的蟲(chóng)子就完成了超“蟲(chóng)速”旅行。

如果我們生活的空間也像蘋(píng)果表面一樣是彎曲的，那么也可能存在這樣的蟲(chóng)洞，讓我們完成超光速的“瞬間移動(dòng)”。三維空間的彎曲是一個(gè)非常難以想象的概念，不過(guò)在愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論看來(lái)，空間彎曲其實(shí)就是“萬(wàn)有引力”的本質(zhì)。愛(ài)因斯坦認(rèn)為，地球之所以繞著太陽(yáng)轉(zhuǎn)，是因?yàn)樘?yáng)的存在壓彎了周?chē)目臻g。我們所生活的空間就是彎曲的，蟲(chóng)洞也完全有可能存在。只要存在合適的蟲(chóng)洞，無(wú)論多么遙遠(yuǎn)的距離都可能變得近在咫尺，我們完全有可能實(shí)現(xiàn)超光速的瞬間移動(dòng)。但是蟲(chóng)洞真的存在嗎？

遺憾的是，目前人類在宇宙中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)天然蟲(chóng)洞的存在。但是，這并不代表蟲(chóng)洞不存在，很可能只是我們還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)。因?yàn)橄x(chóng)洞的存在，本身并不違反任何物理定律。理論上，只要我們有足夠的技術(shù)，甚至可以建造一個(gè)人造蟲(chóng)洞，從而完成瞬間移動(dòng)。

負(fù)能量的奇異物質(zhì)

蟲(chóng)洞物理學(xué)研究的，主要是可以作為星際旅行通道的蟲(chóng)洞，這種蟲(chóng)洞被稱為可穿越蟲(chóng)洞。那什么樣的蟲(chóng)洞才算得上是可穿越蟲(chóng)洞呢？一個(gè)重要的條件就是穩(wěn)定性。物理學(xué)家通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，要想保證蟲(chóng)洞穩(wěn)定，在蟲(chóng)洞的內(nèi)部必須存在某種能量為負(fù)的奇異物質(zhì)，因此，這種奇異物質(zhì)被稱為負(fù)能量物質(zhì)。

負(fù)能量物質(zhì)之所以奇異，是因?yàn)樵诮?jīng)典物理學(xué)中，能量的零點(diǎn)是用真空來(lái)定義的。相對(duì)于真空，任何其他物質(zhì)都具有正能量。因此，一個(gè)比真空能量更低的物質(zhì)是超出常理的。不過(guò)幸運(yùn)的是，量子力學(xué)的出現(xiàn)打破了真空“一無(wú)所有”這個(gè)觀念。物理學(xué)家通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了負(fù)能量是真實(shí)存在的，只不過(guò)這些實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的負(fù)能量數(shù)量都微乎其微。

另一方面，物理學(xué)家對(duì)維持一個(gè)蟲(chóng)洞所需要的負(fù)能量物質(zhì)也做了計(jì)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，蟲(chóng)洞的半徑越大，所需要的負(fù)能量物質(zhì)就越多。比如，維持一個(gè)半徑1 千米的蟲(chóng)洞，所需要的負(fù)能量物質(zhì)大概相當(dāng)于一個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。這無(wú)疑給人造蟲(chóng)洞的前景潑了一盆無(wú)情的冷水，因?yàn)樨?fù)能量物質(zhì)都是以微觀尺度來(lái)衡量的，而太陽(yáng)的質(zhì)量在宏觀尺度上，是一個(gè)驚人的天文數(shù)字。二者之間天差地遠(yuǎn)，無(wú)疑給建造蟲(chóng)洞的構(gòu)想蒙上了一層濃重的陰影。

不過(guò)這并沒(méi)有完全否定人造蟲(chóng)洞的可能性，或許在未來(lái)，我們有能力收集到足夠的負(fù)能量物質(zhì)；又或許我們能夠在宇宙的某個(gè)偏僻角落，發(fā)現(xiàn)一個(gè)天然的蟲(chóng)洞。那么假設(shè)我們成功地建造或者發(fā)現(xiàn)了一個(gè)半徑1 千米的蟲(chóng)洞，是否就可以實(shí)現(xiàn)瞬間移動(dòng)了呢？在穿越蟲(chóng)洞的時(shí)候又會(huì)發(fā)生什么呢？

星際旅行家的噩夢(mèng)當(dāng)我們?cè)诖┰较x(chóng)洞的時(shí)候，會(huì)遇上一個(gè)非常棘手的問(wèn)題，那就是負(fù)能量物質(zhì)的張力。當(dāng)星際飛船靠近蟲(chóng)洞后，飛船上的船員會(huì)感受到一個(gè)沿著蟲(chóng)洞方向的前后拉伸的力；在垂直方向上，則會(huì)有一個(gè)上下擠壓的力。剛開(kāi)始，這種感覺(jué)還不明顯，然而隨著飛船越來(lái)越接近蟲(chóng)洞，這種感覺(jué)會(huì)越來(lái)越令人不適。如果飛船繼續(xù)試圖穿越這個(gè)半徑1 千米的蟲(chóng)洞，瘋狂增加的張力會(huì)把飛船和船員撕裂成一長(zhǎng)串比原子還小的粒子。辛辛苦苦建造的蟲(chóng)洞竟然是一個(gè)撕咬萬(wàn)物的深淵巨口，這實(shí)在是太令人沮喪了。難道用蟲(chóng)洞進(jìn)行瞬間移動(dòng)注定是不可能的嗎？

物理學(xué)家通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，半徑越大的蟲(chóng)洞，張力的影響就越小。不過(guò)，現(xiàn)實(shí)依然殘酷，即使是一個(gè)半徑1 光年的蟲(chóng)洞，它內(nèi)部的張力依然可以破壞物質(zhì)的原子結(jié)構(gòu)。更不妙的是，半徑1 光年的蟲(chóng)洞所需要的負(fù)能量物質(zhì)，已經(jīng)相當(dāng)于10 萬(wàn)億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量了！而且即使真的有一個(gè)足夠安全的蟲(chóng)洞，過(guò)大的半徑會(huì)降低它的定位精度，一個(gè)不能精確到達(dá)目的地的蟲(chóng)洞也是毫無(wú)意義的。

看來(lái)，一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)瞬間移動(dòng)的蟲(chóng)洞，幾乎不可能在現(xiàn)實(shí)中出現(xiàn)。這樣看來(lái)，所有的科幻作品中關(guān)于遠(yuǎn)距離星際旅行的美麗故事，也不過(guò)是鏡花水月?？苹霉适碌谋澈?，是冷冰冰的物理學(xué)，它或許否定了部分充滿想象力的奇思妙想，唯一被嚴(yán)格踐行的是“求真”的原則。在感嘆科幻之美的同時(shí)，還要分辨科學(xué)和幻想的區(qū)別。

（果果摘自《環(huán)球探索》，童趣出版有限公司，小黑孩圖）