宇宙和生命-第935部分

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　　第一个设想是一种称作“蛀洞”的理论结构可能是通向群星

　　的途径。蛀洞的想法是从早已被公认并被反复验证的现已被视为

　　传统物理学的理论——爱因斯坦的广义相对论推论出来的。但是，

　　要想勾画一幅图画来说明蛀洞如何存在，并且如何把它作为一种

　　可能的星际旅行手段，则要求将广义相对论扩展到极限（有人说

　　超出了极限）。

　　长期以来，科学家认为当一颗恒星燃料耗尽时，便开始衰亡，

　　衰亡的方式取决于它的质量大小。如果它的质量是我们太阳质量

　　的3倍左右或者更大，那么它开始收缩，产生冲击波，结果引起

　　巨大的爆发——自从大爆炸以来最剧烈的爆发。这就称为超新星。

　　即使这时，因为这颗恒星开始收缩时十分巨大，所以超新星核心

　　仍剩有某些残存物质。它开始坍缩，迫使物质变得更加稠密，以

　　至于将亚原子粒子维持在一起的那些强大的力占了压倒优势，这

　　颗恒星变成了一大锅沸腾的基本物质和能量。这就是黑洞。其所

　　以这么称呼，是因为它的质量非常大，密度非常高，甚至连光都

　　无法逃离它的引力场。

　　爱因斯坦的广义相对论于1916年发表。它是比较局限的狭义

　　相对论的推广。狭义相对论只考虑了以恒速运动的观察者。但是，

　　在这一理论发表后，爱因斯坦开始研究物体不断加速时的情况。

　　他设想一架处于自由落体状态下的电梯，一束光线进人墙上的一

　　个小孔。电梯里的人觉得光沿直线行进。但是，对于电梯外面的

　　观测者来说，光却是沿曲线行进的。爱因斯坦指出这一弯曲是由

　　于电梯正在加速引起的。他接着说，由于引力是一种形式的加速，

　　光会因此而弯曲。

　　在爱因斯坦之前，物理学家以三维的眼光看待宇宙，时间被

　　视为一个额外的量。在广义相对论里，时间是一维，就像长度、

　　宽度或高度一样，现代的观点认为宇宙实际上存在于所谓的“四

　　维时空”中。

　　我们能使四维宇宙形象化的唯一方法是在三维中表达它。想

　　象一下一张平摊的橡皮垫。现在，在它中间放一个重球——球周

　　围的垫子因此而变形。同样，时空在一个像恒星这样大质量的物

　　体周围扭曲。让一颗小石子在靠近重球的橡皮垫上滚动。它沿着

　　一条曲线滚动，恰似恒星附近的光一样。黑洞质量非常之大，它

　　的引力场非常之强，它使空间严重扭曲，以至于在它里面形成了

　　一个“奇点”。在这个点上时空的弯曲变得无限尖锐，以至所有

　　的物理学定律全都不再有效。正如许多科学家＇　包括最先提出蛀

　　洞的两名科学家——加州理工学院的索恩（Kip　Thorne）和莫里

　　斯（Michael　Morris）＇所推理的那样，当两个奇点互相“发现”

　　对方，并且相互连接在一起时就形成了蛀洞。

　　只要设想蛀洞的一端在地球附近（例如，正好在太阳系的边

　　缘），而另一端开口在某一遥远的地方，也许离我们上万光年之

　　遥，就会明白为什么蛀洞对星际旅行者来说很有用了。由于时空

　　弯曲的特性，蛀洞提供了一条捷径，免去了用常规方式从A点

　　（靠近地球）到B点（蛀洞的另一端）之间的旅行。许多光年的

　　一次星际旅行所需要的只是先做一次短途旅行到蛀洞口（这种旅

　　行利用原子聚变发生器只需要几星期而利用反物质驱动只需几天

　　时间），而后从蛀洞另一端出去，再做短途旅行即可到达目的地。

　　我说“所需要的只是……”，但事实是要到达蛀洞口——即

　　使它就在我们太阳系的边沿，恰恰就是我们的问题所在。虽然蛀

　　洞的想法免去了穿越成千甚至上万光年的正常空间所需的时间，

　　因而这种想法显而易见极具吸引力，但实际障碍却是巨大的。

　　首先，蛀洞目前仍然纯粹是揣测。它们并非与已知的宇宙法

　　则相悖，但也不能肯定就一定存在。就算它们确实存在，必定也

　　十分罕见。第二个问题是，在利用蛀洞之前，无法知道该蛀洞和

　　宇宙的哪个部分连在一起。更何况，即使它能为我们所用，它也

　　只能提供非常有限的服务，连接起点到一个固定的目的地。这就

　　有点像连接伦敦和某个神秘地点的公路，一路上没有岔道也没有

　　拐弯。

　　即使我们忽略不计这一弊端，我们也还必须考虑这种联接的

　　性质，从我们对于黑洞的了解来看，“天然”蛀洞实际上提供的

　　是一条变幻莫测的通道。黑洞里面可能是宇宙中条件最险恶最不

　　适宜居住的地方。那儿的引力作用会立即把任何物体分解成某种

　　由基本粒子和能量组成的“汤”——即使能抵御这些力，一旦陷

　　入黑洞的桎梏，就将无法逃逸。因此，利用把宇宙中两个不同地

　　点的黑洞连成蛀洞的想法似乎并不切合实际。唯一的可能途径是

　　宇宙中某处存在着某种可以通过的黑洞，但它们也许很难找到。

　　有可能绕过这一难题的一种方法是关于“白洞”的想法。恰

　　如它的名称，这些理论上的天体与黑洞正好相反。根据理论家们

　　的看法，白洞不吸收物质和能量，而像是完美无缺的发射器，或

　　者说像是“宇宙自喷井”。因此，如果黑洞和白洞相接，它们就

　　可以像一个单程蛀洞，回避从蛀洞“远端”冒出来的逻辑推理问

　　题。不幸的是，关于这一方案的详细数学分析表明，这样的系统

　　将是不稳定的，白洞将很快消亡，飞船无法通过。

　　除了利用天然蛀洞，对热衷于此的人来说，寄于厚望的是人

　　造蛀洞。

　　自从索恩和莫里斯于1987年在《美国物理学杂志》的一篇论

　　文中首次提出蛀洞以来，⑦世界上有成百上千位理论物理学家在

　　研究这一设想，并不断地围绕这些超前的数学结构理论添加新的

　　理念。其中受到该领域研究人员怀疑的一项结论是：为了构造一

　　个可以工作的蛀洞必须满足一组很严格的条件，其中包括一些很

　　明显的事实，即蛀洞的结构必须符合广义相对论，蛀洞内的“潮

　　汐力”必须保持在最小值。他们还提出了蛀洞必须符合的形状和

　　创造蛀洞所需的物质材料的质量。不幸的是，数学证明为了制造

　　一个人造蛀洞，需要所谓的“特异物质”，它具有“负质量”这

　　一异乎寻常的特性。

　　虽然热衷于蛀洞的人坚持认为这种不可思议的想法可以在物

　　理定律的框架内实现，大多数科学家如今却摒弃了这一想法。如

　　果他们是正确的话，那么看来蛀洞就永远不能制造了——无论文

　　明变得如何先进，因为物理法则是不能违背的。如果他们错了，

　　而蛀洞的支持者是对的话，那就必须找到特异物质，并在建造和

　　使用蛀洞之前大批量地制造这种特异物质。

　　第二种可能的方法是伸展或扭曲物理法则，这可能比人造蛀

　　洞的想法更加不着边际。这就是卷曲驱动的想法，或者说“超空

　　间”旅行。就像方舟的想法一样，这种假想的星际旅行方法俘获

　　了科幻作家和爱好者的想象，它是电视连续剧《星际迷航》的重

　　要想法之一。

　　卷曲驱动曾被形象化为这样一种装置——它使航天飞机能够

　　避开必须以亚光速旅行的规定，免去必须符合物理定律的麻烦。

　　即使这样，它仍戏剧性地伸展了某些传统的物理概念。

　　也许能更确切地描绘卷曲的另一个名称是“冲浪”。这是因

　　为它建立在巧妙地操纵时空本身的基础上，从而使太空车在某种

　　“波浪”上运动。宇宙飞船应该能够改变时空：位于飞船后面的

　　时空膨胀，而飞船前面的时空则收缩。这就意味着即使飞船本身

　　的运动比较慢，出发点也会被往后“推出”巨大的距离，而目的

　　地则被向前“拉近”了。

　　这听上去十分荒唐，可它在广义相对论法则的范围内又是可

　　能的。困难不在于理论上不可能，而在于在可预见的将来实际上

　　行不通，因为要做到这一点需要的能量超出了人们的想象。

　　对太阳的观测表明它的质量使时空弯曲，它使光线正好偏折

　　1／1000度。对于想要利用时空扩张和收缩的宇宙飞船来说，时

　　空扭曲的程度必须远大于此。在某些方面来说，飞船就有点像一

　　个黑洞。以此为依据计算所需要的能量，结果听起来照样令人沮

　　丧。要制造一个典型飞船大小（比方说一个直径为20米的盘状体）

　　的黑洞，我们大约需要将　30　000个地球的质量压缩到这个狭窄

　　的空间中去。用能量来表示，这大约相当于太阳一生输出的全部

　　能量。

　　那么我们对推进系统的这番审视得出了什么结论呢？说我们

　　永远也不可能到达别的恒星系统显然是荒谬的——将近两个世纪

　　以前，在史蒂文森的“火箭号”机车首次实验之前，一位著名的

　　物理学家发表了一个严正声明，说人类的身体无法承受每小时30

　　千米以上的速度，火车上的乘客将会粉身碎骨。只要人类的态度

　　不出现戏剧性的逆转，我们天生的发现欲望不泯灭，我们就将继

　　续去面对和克服摆在我们面前的技术难题，无论是地球上的或者

　　是在空间探索领域中的困难。然而，空间研究耗资巨大——尽管

　　它本身魁力无穷，相当多的人对它并不熟悉，他们把它看成是浪

　　费金钱，而没有认识到我们早已在30多年的空间探索中获益匪浅。

　　基于这些事实，至少在不远的将来，发展将会很缓慢。

　　我们很可能将探索我们太阳系最遥远的幽深之处，但是，正

　　如此处强调的那样，要抵达遥远的恒星则需付出坚持不懈的巨大

　　努力。最终，所有的问题将会被克服。也许最初到其他恒星系统

　　的飞行将是速度很慢的无人驾驶飞船，宛如一头老牛拉着一辆破

　　车在通往目的地的旅途上颠簸，一路上它不断地被比它先进的车

　　辆超过。

　　无论采用哪种方法，人类终有一天会站在环绕另一颗恒星转

　　动的行星上，感受到那颗恒星的热量。不仅如此，总有一天，我

　　们将研究出能够产生以接近光速的速度旅行的宇宙飞船所需的巨

　　大能量的方法，甚至还可能设法绕过爱因斯坦和其他科学家揭示

　　的法则造成的限制。当那一天到来时，我们将开始进行真正的星

　　际旅行。

　　但是，也很可能早在那一天到来之前，来自其他星球的生命

　　将先行抵达地球——也许他们只比我们先走了很微小的一步。说

　　不定他们早已来过……而又悄然离去。

　　____________

　　①据最近宣布，与“先驱者号”的通信联系已被切断，因为

　　它传回的信息不值得运转接收器去接收。无人驾驶的卫星“先驱

　　者10号”目前正以每小时28000英里（约45000千米）的速度行进，

　　与太阳的距离为冥王星的2倍。它以此速度到达那儿花了25年时

　　间。从先驱者送回地球的信号以光速旅行到地球需要9个小时。

　　②半衰期指一放射性物质源衰减到其原有质量之半所需的时

　　间。

　　③重同位素指一种原子在其原子核里中子数目比平常多。最

　　普通形式的氢原子核里只有1个质子而没有中子。氢的第一个重

　　同位素氘有1个质子和1个中子。最重的同位素氚有1个质子和2个

　　中子。

　　④当时人们只知道质子和电子。中子直到3年后（1932年）

　　才被发现。

　　⑤对这种想法感兴趣的读者，我推荐他们去读克拉克

　　（Arthur　C．Clark）著的科幻小说《与拉玛相会》。

　　⑥对于那些对这个假说感兴趣的人，我推荐另外一本科幻著

　　作，阿西莫夫的《基地》三部曲，若需更加详尽的分析，则请看