曲速可能实现吗？我们问弦理论家

科学极客、星际迷航迷和动作片迷们现在已经有几天的时间来消化《星际迷航》系列的最新作品。PopSci 着手解答电影中最令人费解的一些问题（除了薇诺娜·瑞德在瓦肯星上所做的事情）：我们能穿越黑洞进行时间旅行吗？我们能用一种叫做“红物质”的东西来播种黑洞吗？心灵传送怎么样——一个名叫斯科蒂（或契诃夫）的人会把别人传送到太空吗？

为了更好地理解这些看似不可能的概念， PopSci采访了弦理论的共同创始人、教授、作家、当然也是《星际迷航》粉丝的 Michio Kaku。Kaku 的最新畅销书《不可能的物理学》中有整整一章专门介绍《星际迷航》中的传说，如相位枪、力场和时间旅行。一部同名电视节目将于今年秋季在科学频道首播。

加来道雄认为，科幻小说往往具有预见性。他相信科学家有朝一日可能会制造出由纳米电池或纳米电容器驱动的激光枪（或相位枪）。而且他不排除超光速旅行的可能性。

这其实并不太牵强；有许多例子表明小说启发了真实的发现。例如，儒勒·凡尔纳的《海底两万里》启发了美国人西蒙·莱克发明潜艇。在赫伯特·乔治·威尔斯 1914 年出版的《世界重获自由》一书中，一位科学家在 1933 年揭开了原子弹的秘密。匈牙利物理学家利奥·西拉德在 1932 年读了这本书，并将这一发现作为自己的目标。1933 年，他弄清楚了链式反应过程。当美国制造出第一艘可重复使用的宇宙飞船时，我们将原型命名为企业号。

前面会有一些剧透，所以请考虑这个公平警告。

PopSci：让我们谈谈剧中熟悉的一些概念，以及您在书中谈到的概念，比如心灵传送。电影中有一个场景，柯克和苏鲁在没有降落伞的情况下坠落，他们必须被传送上去；契诃夫决定他必须手动完成。与有“海森堡补偿器”的《下一代》不同，这部电影没有提到海森堡不确定性原理（你定位粒子的位置越精确，你对其动量的了解就越少。）我知道在传送原子方面已经取得了成功，但我们能传送人类吗？

加来道雄：量子隐形传态已经存在。过去 10 年，我们一直在隐形传态光子以及铯、铷和铽原子。世界纪录是 1,800 英尺，跨越多瑙河。我猜想我们很快就会隐形传态分子。如果在未来几十年内我们能够隐形传态 DNA，甚至可能是病毒，我也不会感到惊讶。但除此之外，它开始变得非常困难。你必须让两个原子纠缠在一起，它们必须同步振动，而这在分子水平之外是非常困难的。但是， 《星际迷航》发生在 23 世纪，所以到那时我们可能可以隐形传态 100 万亿个细胞，这大约是人体细胞的数量。

在纠缠过程中，你传送的初始物质是否会被破坏或发生某种改变？对于人来说会发生什么？

你必须有一个副本等着你；你无法被传送到行星表面。当你将信息传送到另一个地方时，原始信息的内容会被破坏。你是在破坏原始信息，然后在其他地方重建它。那么，你开始问这个问题，那边的这个副本是谁？所有的原子和细胞都被摧毁了；你死了。但是那边出现了一个和你一模一样的人，原子与原子之间也是如此。那么，这就提出了一个问题，你是谁？你是你的身体和你所有的神经元，还是你只是可以穿过房间传输的信息？有灵魂吗？这引发了各种各样的问题。

电影中频繁使用黑洞。未来的斯波克，或者说老斯波克，在未能拯救一颗被超新星炸毁的行星后，穿越了黑洞，回到了 130 年前。事件的变化改变了我们所知的企业号船员的历史进程（这对续集很有帮助）。但我对物理学的理解是，穿过黑洞后不可能再出来，至少不可能完好无损？

是也不是。这个问题存在争议。如果有一个旋转的黑洞——我们在太空中看到的所有黑洞都在快速旋转——那么数学表明它们会坍缩成一个环，而不是一个点。如果你穿过环，你就会进入一个平行宇宙。这个解决方案最早由罗伊·克尔在 1963 年发现，这是对旋转黑洞最现实的描述。这引发了许多许多问题。如果你能穿过这个环，谁知道另一个宇宙在哪里？它可能是时间倒流，可能是平行宇宙。但也存在辐射等问题。辐射会非常强烈。如果增加辐射，物理学家们现在正在争论，它会关闭虫洞吗，它稳定吗？数学表明在旋转的黑洞中间有一个虫洞。为了让洞保持打开状态以便你能够穿过它，你需要负物质来稳定黑洞。这些被称为可横向虫洞；您可以自由地来回移动，而不会产生太大的影响。

负物质是指反物质，还是其他什么？

负物质意味着负质量。它向上掉，不会向下掉。在《星际迷航》中，他们称这些物质为二锂晶体，它们可以打开穿越时空的大门。我们物理学家不称它们为二锂晶体；我们称它们为负物质。但没有人见过负物质。

电影中还有一个关于黑洞的问题——角色使用“红色物质”创造了一个黑洞。是否有任何理论基础可以为“播种”黑洞，从零开始创造一个黑洞？

其实，只要挤压得足够小，任何东西都可以变成黑洞。如果你把太阳挤压到两英里，它就会变成黑洞。太阳无法被挤压到两英里，所以这不会发生。地球必须被挤压到两厘米才会坍缩成黑洞。所以任何物体都可以变成黑洞；你只需要把它挤压到足够小的尺寸。但我们唯一知道的机制是引力。

在电影中，罗慕伦人将红物质放入瓦肯星的核心，形成了一个奇点，从而形成了黑洞；星球上的所有质量都变成了黑洞。这让我想起了大型强子对撞机，以及去年夏天人们对微型黑洞吞噬地球的担忧。

哦，宇宙射线比大型强子对撞机提供的能量还要多。与宇宙射线的巨大能量相比，它就像豌豆射手。数十亿年来，地球一直沐浴在宇宙射线中，其能量远比大型强子对撞机产生的任何能量都要强大。我认为大型强子对撞机不会创造任何东西，任何微型黑洞。按照自然标准，它微不足道。

当 Vulcan 被黑洞吞噬时，Spock 所观察到的距离似乎与地球和月球之间的距离差不多。这是安全的观察距离吗？

如果你在事件视界之外，并且绕着黑洞旋转，那么你绝对安全。很多人总是问我，如果银河系中间有一个黑洞，为什么我们没有被吸进去？答案很简单——我们绕着它旋转。我们在事件视界之外，所以只要你离事件视界有一段安全距离，它就会非常稳定。

如果您进入黑洞，然后通过某种方式稳定的虫洞落入其中，您还不会被潮汐力变成面条状吗？

大型黑洞的潮汐力非常小。黑洞越大，潮汐力越小。如果黑洞很大，潮汐力就越小，这有悖常理，但方程式表明了这一点；黑洞越大，潮汐力就越小。小黑洞是最危险的，因为引力场非常强，当你飞过一个小黑洞时，你会被撕裂。

我们都知道企业号以曲速飞行。它有可能以“4 倍曲速”飞行吗？

我们物理学家曾经嘲笑过《星际迷航》中的曲速因子。现在我们不会再笑了。大约 10 年前，一位名叫 Miguel Alcubierre 的墨西哥相对论学家在观看《星际迷航》时，他想出了爱因斯坦（广义相对论）方程的新解。这个漏洞就是负物质——爱因斯坦从未考虑过它。Alcubierre 得到了一个与曲速驱动非常相似的解。关键是，不是你前往星星，而是星星向你而来。每个人都认为你必须前往星星，这意味着你必须打破光障并违反物理定律。但你可以像手风琴一样压缩空间——压缩你和星星之间的空间。就像太空中的皱纹。当然，也有人对此提出反对意见。例如，我们没有负物质。但原则上，如果你有一颗由负物质构成的陨石，那么这可能是可能的。爱因斯坦从未说过没有任何东西能比光速更快。空无一物的空间可以比光速更快地收缩或膨胀。这就是大爆炸。膨胀的是空无一物。它看起来非常类似于电影中曲速飞行的演绎——你会看到星光的扭曲，星星会非常快地向你飞来，但你内心却什么都感觉不到。

那武器呢？我们能制造出小到可以放进太空枪套里的射线枪或相位枪吗？

我们已经有了由核电站驱动的射线枪，它们是一种非常强大的激光。但在交火中，你不会想把核电站扛在肩上。喷气背包和射线枪的问题始终是便携式电源包。人们说，我们可以使用电池。不，这些电池不存在。这就是喷气背包只能持续几分钟的原因。这就是为什么今天你在电影中看到的很多东西都不可能实现的原因。有了纳米技术，我相信我们将能够制造出强大的电池。就像汽油一样。同等重量的汽油比电池的能量更大。为什么？汽油是浓缩的阳光。它是从恐龙时代浓缩的阳光，而且是在分子水平上浓缩的。在电池中，它是一种流体。你不是在分子尺度上储存能量。但我们没有理由不能制造纳米电池。以电容器为例，它只不过是两个储存电荷的平行板。你可以在电容器中储存大量电荷。将来我们或许能够制造出纳米板并在其上储存大量能量。也许到那时，激光枪就有可能问世了。

您是否认为《星际迷航》会像儒勒·凡尔纳和赫伯特·乔治·威尔斯一样，激励人们去弄清楚这些事情？

这些都是技术问题。我猜想到 23 世纪他们会解决其中许多问题。没有任何物理定律可以阻止你在电影中看到的大部分情况。这只是一个工程问题。

我们物理学家不愿意承认，但我们中的一些人是科幻小说的忠实粉丝。我们不愿意承认，因为这听起来很不体面。但是当我们还是孩子的时候，我们中的许多人对科学产生了兴趣。当我还是个孩子的时候，我看了《飞侠哥顿》。最后我意识到，我没有强壮的肌肉，也没有长发，但正是科学家让整个系列得以成功。我对此着迷。这个人，只要一想，就能在天空中创造出星际飞船和城市。

所以，这些都是不可能的技术，但在今天是不可能的，但在未来也许可以实现。