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影片《安德的游戏》剧照（该片2014年1月在中国上映）
科幻小说家用令人惊叹的想象力为我们呈现了一个又一个科技发达、瑰丽而宏大的未来世界。几乎每部小说中都会有一种让人眼前一亮的未来科技，而大多数科幻小说家并不是两眼一闭随意“胡诌”出一种科技，每一种出现在科幻小说中的未来科技都会有当下或者小说出版年代的前沿理论支持，当然这些理论依据有些只是猜想，有些还有待更进一步的突破，有些则在我们这个年代得到了实验支持。在本文接下来的时间，笔者将介绍曾经出现在科幻小说中未来科技的一些现实理论支持，也会讲一些被现今理论或者实验证伪的技术。
本期我们来说说安塞波。
安塞波，一种虚构的超光速共时通讯设备。著名科幻作家厄休拉•勒古恩在其1966年创作的小说《劳卡诺恩的世界》(rocannon’s World)中第一次使用了这个词，并解释说该名称来自英语单词answerable，意思就是“能够回答的”。在厄休拉1974年出版的著名双奖小说《一无所有》中，介绍了该设备的发明过程。在此之后这个词被众多科幻小说家采用，这其中就有弗诺文奇、奥森•斯科特•卡德等著名科幻作家。
对于一些科幻迷来说，可能很熟悉《安德的游戏》这部星云雨果双奖作品，而作者就是奥森•斯科特•卡德，这部小说和安德系列的后续小说中都大量提到了安塞波。那么安塞波究竟有什么特点呢？我们知道现在人类发现宇宙中的最快速度是光速，约每秒三十万公里，一光年的距离大约是九万四千六百亿公里（也就是光走一年的距离）。太阳所在的银河系直径大约十万光年，如果我们分隔在银河系的两端打电话，哪怕电话之间的电磁波以光速前进，我这边说句话，而在银河的另一端的你则需要十万年之后才能听到，如此的“打电话”谁受得了，于是安塞波出现了。安塞波可以“忽略”空间距离，实现即时通讯，哪怕你我之间横着一个银河系，也会跟面对面讲电话一样几乎毫无延迟，不需要等十万年。现在问题来了，学理科的一些朋友会说，宇宙中最快的速度不是光速吗？安塞波这种东西不是超越了光速？你们质疑的很对，20世纪最伟大的科学家爱因斯坦的相对论中提到，没有什么物体的运动速度能够超越光速，其实准确来说，是指没有能量和信息的传递速度能超越光速，那么安塞波这种超光速通信不就是胡扯了吗？这不是颠覆了相对论？但安塞波这东西并非科幻小说家胡乱想出来的，按照当今的理论，还是具有一定的依据支持的。
影片《安德的游戏》剧照
科技发展到今天，尤其是物理学的长足发展，相对论已不再能一统天下，尤其是在微观物理界。1935年，爱因斯坦与其他两位科学家提出了著名的“EPR实验”，他的本意是想告诉物理学界，哥本哈根的量子力学解释是有问题的。简要通俗的描述下这个思维实验：一个基本粒子分裂成A和B粒子，然后将这两个粒子分开足够远，这时我们观察如果观察A粒子的“自旋”是向右的，那么B粒子的“自旋”则是向左的，否则就不守恒了。那么，根据量子运动的测不准原理，在我们观察到A粒子之前，这两者的自旋都是不确定的，要么向左要么向右，一旦发现A粒子是右旋，那么B粒子怎么知道自己一定是左旋呢？这两个粒子之间难道有超越光速的信号通信吗？所以爱因斯坦认为，A、B粒子在分裂的一刹那自旋方向就已经是确定的。关于爱因斯坦和玻尔之间的伟大论战因为篇幅问题我们这里就不提了，鉴于当时的技术和实验条件限制，这个实验没人能做出来，但是在1982年，法国人阿斯派克特做出了著名的EPR实验（事后这个验证实验被称为阿斯派克特实验）。
阿斯派克特实验进行了三个多小时，两个粒子间的距离达到了12米，并获得了大量的数据，最后的结果完全符合量子论。说到这里，各位朋友肯定埋怨我扯了太多根本与安塞波不相关的东西，但其实量子的这种纠缠态，也就是EPR试验中提到的在我们没有观测到A、B粒子自旋方向的时候并不能确定其状态。自旋方向无非两种，这个A粒子在没有观察者的时候要么左旋要么右旋，但是一旦被观察到，自旋方向就被确定了，那么同时B粒子自旋状态自然也就确定了，可是AB粒子之间怎么相互“通知”呢？量子这种纠缠态也被称为量子的超隐形传输，虽然它们是怎么做到的还尚无定论，但这为安塞波的实现提供了一种可能。在现今的物理界，部分科学家认为这种量子的超隐形传输可用于通信信息的加密，但是不能用来超光速通信。不过这也是一家之言，而另一些人则认为可以存在单向超光速传输可能性，学过通信基本原理的朋友都知道，通信必须是双向的，所以安塞波真正实现还有很长的路要走。
安塞波第一次在小说中被“发明”之后，已经过去了将近半个世纪，随着科技的发展，在当今的理论下还是有所支持的，如果在不远的未来变为现实可不要惊讶哟。
看过电影《雷神》的朋友应该知道这个题目是在说什么吧，其实彩虹桥就也是一种虫洞。宇宙巨大的尺度超出了人类的想象，于是科幻小说家们为了让主角们短时间内穿越宇宙广袤的空间，就把虫洞搬了出来，这样可以大大的缩短航行时间。在现今的理论下，虫洞是有理论依据的。爱因斯坦与另外一个美国物理学家罗森塔尔共同研究时，发现广义相对论方程中有一个解可以支持虫洞存在，所以虫洞本来的名字应该叫做爱因斯坦-罗森塔尔桥（其实虫洞是后来的通俗叫法）。在这次的漫谈里，我们来讨论下在今天的科技和物质条件下，人类是否有能力开启一个虫洞以“穿越”宇宙。
《雷神》概念海报：“雷神”托尔和夙敌“洛基”在天界入口要道比弗罗斯特彩虹桥激斗
要解释虫洞，就要首先提下广义相对论，广义相对论认为引力其实不是一种特别的力，而是空间弯曲的一种表现，当质量足够大的时候就可以弯曲空间。这个理论有真实实验支持，就是著名的“星光实验”（有兴趣的朋友可以查下相关资料），在这个实验里人们可以观察到真实的时空弯曲所产生的效应，这里就不再重述相关的实验过程和计算方程，我们知道这个结论就好。质量越大，引力就会越强，空间弯曲得就会更加厉害。如果一个星体的引力非常大，那么用于“逃离”这个星体的逃逸速度就会越大，当一个星体上的逃逸速度超过光速的时候，就等于什么东西都不能从这个星体上跑出来了。德国天体物理学家卡尔•史瓦西曾根据广义相对论的引力方程做过计算，得出结论指出当一颗恒星发生引力坍缩、收缩到一定半径的时候，就会变成“黑洞”（当时还不叫这个名字，“黑洞”一词直到1967年才出现）。这个半径被后人称为“史瓦西半径”，其大小取决于天体的质量。其实不只是宇宙里的天体，任何物体，只要有质量，当物体的半径收缩小于史瓦西半径时，就会变成一个黑洞。例如把地球同样质量的物体压缩到半径只有9毫米时，黑洞就产生了。
黑洞出现的时候仅仅作为广义相对论中引力方程的一个解，但已经吸引了当时大批的科学家的兴趣并加入研究。天文学家则为此有点头疼，因为黑洞表面没有任何光逃出来，这就意味着我们不能直接观测到黑洞，但是后来发现可以间接的观测到，比如黑洞引力产生的空间扭曲效应会使得周围的星光产生严重偏折。另外著名科学家霍金发现黑洞两极会喷射出巨大的辐射流，这也可以用射电望远镜观测。随着科技的发展、望远镜技术的更替，这些间接观测手段一一被证实。
说了这么多关于黑洞的事情，下面开始进入正题，该虫洞出场了。黑洞这个东东的引力过于强大，会使得周围空间变得极度扭曲，具体表现就是在宇宙“幕布”上形成一个漏斗体。那么存不存在这样一个情况，在两个黑洞在空间弯曲之后，漏洞的底端恰好连在了一起，本文刚开始提到爱因斯坦和罗斯塔尔研究指出，广义相对论方程中有这样的一个解支持这种情况，也就是说虫洞可以在这个宇宙存在。那么从A黑洞进入，穿越其底部到达B黑洞的底部，这不就等于从宇宙的这个空间直接“穿越”到B黑洞所在的空间了吗？难道这就是那些电影、小说里出现过的可以穿越宇宙空间的“彩虹桥”？这不就实现了吗？别急，这里还有个问题，前边提到在过黑洞内，就连宇宙速度之王——光都不能从其表面逃离，那飞船和人怎么办呢？就算我们安全的从A黑洞进入，并且很幸运安全地穿越了两个黑洞的接口，到达了B黑洞底端，那么你怎么从B黑洞里出去？其实广义相对论还有另一个推论——“白洞”的存在，跟黑洞正好相反，白洞则是没完没了的往外边“吐”东西，如果A黑洞的底部跟C白洞的底部相连，这样形成的虫洞就可以穿越宇宙空间了。可惜的是白洞这个更奇怪的的东东至今没有被任何直接或者间接观测到，只是相对论方程的一个解。所以，你懂得，虽然理论上有依据，但现实下的虫洞穿越宇宙空间还只是个传说。
退一步讲，既然理论支持虫洞的存在，也许只是我们现在的科技不够发达，说不定将来的某一天会成为现实呢？当然，不排除以后会发现白洞的存在，也可能以后出现的技术可以保障我们安然无恙的进入黑洞，然后挥一挥手，不带走一片云彩地从白洞的另一端里走出，而不会被挤压成各种射线喷向太空。这一切的前提是你首先要有个黑洞。史瓦西半径告诉我们，任何物体被压缩到临界半径之后就会变成黑洞，那是不是可以人工制造一个黑洞呢？抛开在太阳系开一个黑洞的危险性不说，单单从理论上计算产生一个黑洞并维持所需要的能量，你会得到一个超级天文数字，这有多么巨大呢？可能有些朋友听过一种收集能量的高级兵器——戴森球，最初是由美国物理学家弗里曼•戴森提出。通俗的来说，就是在一定轨道半径制造能量转换率非常高的太阳能板，将太阳整个包起来形成的人造空心球。太阳辐射到地球的能量只是其放出能量的1/20亿分之一，如果制造出上边提到的戴森球，那么收集一天的能量大概可以支持一个只有几纳米的虫洞，这么小的一个虫洞，别说飞船了，就连一根绣花针都穿不过去，除非你把飞船分解成无数个原子然后发射到虫洞里。太阳一天辐射的能量有多少呢？只是说个数字会太没有实感，有人算过，其能量几乎等于人类自诞生以来到现在使用过的所有能量之和。
《雷神》剧照：彩虹桥
假设戴森球收集的能量可以完整的转换，然后制造一个虫洞。那么在此基础上我们再退一步，如果人类有技术的可以造一个戴森球，也就是说制造这么巨大的太阳能板并发射到固定轨道。有技术制造，并不意味着我们有能力制造，接下来你就会明白我说的是什么意思了。如果以太阳的球心为中心，制造直径为一个天文单位的戴森球，表面积大约有2.72×1012平方千米，大约是地球表面积的6亿倍，如此一算，则大概需要拆掉多半个太阳系行星的物质来做这么一个球面，这个工程无论是在空间尺度还是在时间尺度都会相当宏大，所以更不实际。（有关戴森球或者戴森环的小说很多，最为有名的是星云、雨果、轨迹三奖作品拉里•尼文的《 环形世界》）
在电影《雷神》里需要一个宇宙能量魔方开启虫洞，也许以后我们也会发现属于人类自己的“能源魔方”，不过在现阶段来看，虽然理论上存在支持虫洞的依据，但要真正做到穿越宇宙时空则仍需要化解无数的技术难题才能得以实现。科技在发展，物理学也会有突破，相对论和量子论都有自己不完善的地方，也许在未来我们会发现更新更完美的理论，让穿越宇宙时空变得相对简单一些。
有心的朋友会发现前边的两期了分别讲了安塞波和虫洞，在现有的技术条件下要进行星际旅行很难，在低光速状态下进行大空间的星际旅行，小说家想到一个办法就是世代飞船，那么，下一期将聊聊关于世代飞船。
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发表于 2014-8-26 02:56:24
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