可以确信，生命最终会遍布银河系及其之外。因此，生命或许不会永远都只是宇宙中的微小尘埃，尽管它现在是。事实上，我发现这是一幅相当吸引人的风景。

        ，那是一件连接牛津郊外和奇妙世界的魔法装置。虫洞是能够连接两个宇宙的装置。在我们上小学的时候，我们得知两点之间直线距离最短。但这不一定是正确的，因为，如果我们将一张纸卷起、直到两点相互接触，那么我们就能看到，两点之间最短的距离其实是一个虫洞。

        正如华盛顿大学（ason Uy）的物理学家马特·维沙（Matt Visser）所说的那样：“相对论学术界开始考虑怎样能将曲速引擎（ engine）或者虫洞之类的事物从科幻世界带入现实。”

        大不列颠皇家天文学家马丁·瑞斯爵士甚至说：“虫洞、额外的维度和量子计算机打开了能够将我们的整个宇宙最终完全转变为‘活生生的宇宙’的思维方案。”

        

阿库别瑞引擎和负能量

        延伸空间的最佳例子是阿库别瑞引擎（Akubierre Drive），由物理学家（Migual Alcubierre）米圭·阿库别瑞于1994年提出，使用了爱因斯坦的引力理论。它与《星舰迷航》中的推进系统很相似。这种恒星飞船的船员坐在一个气泡内（叫做“曲速泡”），在气泡中，所有一切似乎都很正常，甚至当宇宙飞船打破光障的时候也是。事实上，飞行员会认为自己是静止不动的。然而，在曲速泡之外，当曲速泡前的空间被压缩，会发生极严重的时空扭曲。时间不会膨胀，因此曲速泡内的时间将会正常流逝。

        阿库别瑞承认《星舰迷航》或许为他获得这个解起了一些作用。“《星舰迷航》中的人们一直谈论曲速引擎，一种使空间变形的概念。”他说，“我们已经拥有了一种关于空间怎样能够或者不能够被扭曲的理论，那就是广义相对论。我认为应当会有一种方法能使用这些概念来解释曲速引擎如何运转。”这或许是电视剧首次帮助启发了对爱因斯坦方程的一个解。

        阿库别瑞推测，他提出的恒星飞船所作的旅行会与《星球大战》中“千年隼”所经历的相似。“我的猜测是，他们可能会见到与那十分相像的场面，在飞船前面，星星们变成了长长的线条。在飞船后面，他们什么都看不到——只有黑暗——因为星光无法移动得足够快速以赶上他们。”他说。

        阿库别瑞引擎的关键在于将宇宙飞船向超光速的速度推进所需的能量。通常，物理学家们首先采用正能量来推进一艘恒星飞船，它的移动速度永远慢于光速。为了比用这一方式移动得更快，以能够超越光速，就必须更换燃料。一次简单的计算显示，我们需要“负质量”或者“负能量”，这或许是宇宙中最吸引人的存在——如果它们的确存在的话。传统上，物理学家把负能量和负质量当作科幻虚构事物，不予重视。但是我们现在能看到，对于超光速而言，它们是不可替代的，而且它们也许确实存在。

        科学家们在自然界中寻找负物质，但迄今为止没有寻获（反物质和负物质是两种完全不同的事物。前者存在，并且具有正能量，但具有相反的电荷。负物质的存在尚未被证明）。负物质会是相当古怪的，因为它轻如无物。事实上，它会飘浮在空中。如果负物质在早期的宇宙中存在，它应该已经飘移到了外层空间。不同于受行星引力吸引、会猛烈撞击行星的流星，负物质会避开行星。它会受到如恒星和行星等大型天体排斥，而非吸引。因此，尽管负物质可能存在，但我们只能指望在外层空间中而绝不是在地球上寻获它。

        在外层空间中寻找负物质的方案之一是使用一种名叫“爱因斯坦透镜”（Einstein lenses）的现象。按照广义相对论，当光在一颗恒星或一个星系附近移动时，它的路径会被对方的引力弯曲。在1912年（甚至早于爱因斯坦将广义相对论发展完全），爱因斯坦预测一个星系或许能起到一副望远镜的镜片的作用，来自在某个附近星系中移动的某个遥远物体的光会在其穿越银河系时聚集于一点，就像穿越一面透镜，在最终到达地球的时候形成一个典型的环形。这些现象叫做“爱因斯坦环”（Einstein ring）。在1979年，首面爱因斯坦透镜在外层空间中被观察到。自那以后，爱因斯坦透镜成了天文学家们不可缺少的工具（比如，在外层空间中确定“暗物质”［dark matter］的位置曾经被认为是不可能的。［暗物质是一种不可见但有重量的神秘物质。它包围住银河系，在宇宙中的数量可能十倍于普通的可见物质。］但NASA的科学家们已经成功制作出了暗物质的地图，因为暗物质会在光从其中穿过的时候弯曲光，和玻璃弯折光的方式一样。）

        因此，使用爱因斯坦透镜在外层空间中搜寻负物质和虫洞应当是可能的。它们应该会以独特的方式弯折光，而这可以用哈勃太空望远镜观察到。迄今为止，爱因斯坦透镜还没有在外层空间中发现负物质或者虫洞的图像，但是搜索仍在继续。如果有一天哈勃太空望远镜通过爱因斯坦透镜探测到负物质或者虫洞的存在，那会在物理学界掀起轩然大波。

        负能量与负物质的区别之处在于它的确存在，但数量极少。在1933年，德里克·卡西米尔（ual particle），时有时无。

        在短暂的时间内，电子-正电子会突然爆发为无物，对消并重新消失在真空之中。具有讽刺意味的是，曾经被认为空无一物的真空现在被证明有量子活动活跃于其中。正常情况下，物质和反物质的微小爆炸似乎会违反能量守恒，但是，由于测不准原理，这些微小的违反情况极度短暂，因此平均来看能量仍旧是守恒的。

        卡西米尔发现，虚粒子团会在真空中制造出净压力。两块平行金属板之间的空间是有限的，因此压力很低。但是金属板外的压力是不受约束的、较大的，因此会产生将两块金属板推向一起的净压力。

        通常，零能量状态在这两块金属板处于静止并且远离对方的时候发生。但是，随着金属板相互靠近，就可以从中获取能量。如此一来，由于动能已经被从金属板中抽离，两块金属板的能量低于零。

        这一负能量其实是于1948年在实验室里测得的，所获的结果证实了卡西米尔的预测。这样，负能量和卡西米尔效应就不再是科学幻想，而是确定无疑的事实。然而，问题在于卡西米尔效应相当微小，需要在实验室中使用精巧、先进的测量设备探测这种能量（通常，卡西米尔能量与金属板之间相隔距离的4次方成反比。这表示，两块金属板相距越近，能置越大）。卡西米尔能量于1996年由史蒂文·拉蒙诺（Steven Lamoreaux）在洛斯阿拉莫斯国家实验室（Los Alamos National Laboratory）精确测得，引力为一只妈蚁的三万分之一重。

        自阿库别瑞首先提出他的理论以来，物理学家们已经发现了大量奇特的性质。恒星飞船内的人们会有原因地与外界断绝联系。这意味着你无法简单随意地按下按钮，并且以超光速移动，你无法穿透气泡与外界交流。必须有一条预先存在的“高速公路”穿越空间与时间，就像根据常规时刻表通过的—组火车。在这个意义上，恒星飞船不会是一艘能随意转变方向和速度的普通飞船。恒星飞船事实上会像是一节客车，飘浮于预先存在的压缩空间的“波浪”之上，沿一条弯曲的时空走廊航行。阿库别瑞推测：“我们在这条路上需要一系列异常物质发生器，它就像一条高速公路，以一种同步方式为你控制空间。”

        事实上，对爱因斯坦方程更为古怪的解也能找到。爱因斯坦的方程称，如果给出一定量的质量或能量，就能计算出这一质量或者能量会产生的时空弯曲（与向池塘重新投入石块，能够计算出石块造成的涟漪的方式相同）。但是，方程式也可以倒推回去。你可以从一个混乱的时空入手，比如《阴阳魔界》（t Zone）中的那种（比如，在这样的宇宙中，你可以打开—扇门，发现自己身处月球。你可以绕着一棵树奔跑，发现自己回到了过去，而你的心脏在你的身体右侧）。随后，你可以计算出与这一特殊时空相联系的物质和能量分布（这意味着，如果给出池塘表面波纹的整体情况，就可以倒推计算出产生这些波纹所需的石头的分布）。其实，阿库别瑞就是用这种方式得出了他的方程。他从一个保持超光速前进的时空入手，随后再倒推回去，并且计算出了产生这一时空所需的能量。

        

虫洞与黑洞

        除去拉伸空间之外，打破光障的第二种可行方法是通过虫洞——连接两个宇宙的通道，将空间撕裂。在小说中，对虫洞的首次提及来自于牛津的数学家查尔斯·道奇森（Che Looking Glass）。爱丽丝的镜子是一个虫洞，连接了牛津的郊外与仙境中的魔法世界。爱丽丝将手穿过镜子，被立即从一个宇宙传送到了另一个宇宙。数学家们把它们称为“多连通空间”。

        物理学上虫洞的概念可以追溯到1916年，在爱因斯坦公布他史诗般的相对论之后一年。物理学家卡尔·史瓦西（Karl Schwarzschild）——他后来在德国军队中服役——成功解开了爱因斯坦的方程，精确地得出一颗单一点状恒星的状态。在远离这颗恒星的位置，其引力场与普通恒星的引力场非常相似，并且，事实上爱因斯坦使用了史瓦西的解计算出了一颗恒星周围光的偏折。史瓦西的解对天文学产生了立杆见影的、深远的影响，甚至今天它也仍是爱因斯坦方程最著名的解之一。一代又一代的物理学家使用这一点状恒星周围的引力场作为有限定直径的真实恒星引力场的近似值。

        但是，如果认真对待这一点状恒星的解，那么会发现潜伏在其中心的是一个巨大的点状物体，它已经震撼着物理学家，使他们为之惊奇长达近一个世纪——那就是黑洞。史瓦西对一颗点状恒星的引力的解就像是特洛伊木马。从外表看来，它像是一件来自天堂的礼物，但内部却潜伏着各种魔鬼和幽灵。但是，如果接受了其中之一就必须也接受另一个。史瓦西的解证明，当向这颗点状恒星靠近的时候会发生古怪的事情。围绕着这颗恒星的是一个隐形球面（称为“视界”［event horizon］），那是一个不可返回点。每一件东西都是只进不出，就像个捕蟑盒。一旦穿越了视界就永远不可能回来（一旦处于视界内部就必须以超光速移动才能逃回到视界外面，而那是不可能的）。

        当你向视界靠近，你身上的原子会被潮汐力拉伸，双脚感受到的引力会比头部感受到的引力大很多，因此你会被“拉成意大利面条”，随后被撕裂。同样的，你身体的原子也会被引力拉伸和撕开。

        在一个从外部看着你靠近视界的人看来，你会像是在时间的流逝中放慢了动作。事实上，一旦触碰到视界，时间看起来似乎就像停止了一样！

        再者，当你穿越视界，你会看到已经在黑洞周围被束缚和流转了数十亿年的光。你就像在看一部动画片，详细叙述黑洞的历史，追溯到它的最初。

        最终，如果你直接掉入黑洞，在它的另一头会是另一个宇宙。这被称为爱因斯坦-罗森桥（Einstein-Rosen Bridge），由爱因斯坦在1935年首先提出：它现在被称作“虫洞”。

        爱因斯坦和其他物理学家相信恒星永远都无法进化成这样一个怪物。实际上，爱因斯坦在1939年发表了一篇论文，证明一团流动的气体和尘埃永远无法浓缩成一个黑洞。因此，尽管在黑洞中心藏有虫洞，但他有把握，这样一个奇怪的物体不可能自然形成。事实上，天文物理学家亚瑟·爱丁顿（Arton）曾经说过，应该是有“一条自然定律阻止恒星表现得如此荒诞离奇”。换言之，黑洞其实是爱因斯坦方程一个合理的解，但是没有已知的机制可以通过自然方式形成一个黑洞。

        随着J.罗伯特·奥本海默和他的学生哈特兰·施奈德（land Snyder）在同一年写作、发表的一篇论文，这一切都发生了改变。这篇论文证明黑洞的确可以自然形成。他们假设一颗死亡中的恒星已经耗尽了它的核燃料，并且随后在引力下坍缩，这样它就会在自身重量之下聚爆。如果引力能将恒星压缩入它的视界之内，那么就没有什么科学上已知的事物可以阻止引力将恒星挤压成一个点状粒子——黑洞（这一聚爆方式或许给了奥本海默数年后制造长崎原子弹的思路，那枚原子弹依赖一个钚球体的聚爆）。

        随后的突破发生在1963年，新西兰数学家罗伊·克尔（Roy Kerr）研究了也许是关于黑洞的最实际的例子。物体在收缩时会旋转得更快，就像滑冰者将手臂向身体收拢时会旋转得更快一样。结果，黑洞应该会以极快的速度旋转。

        克尔发现旋转的黑洞不会像史瓦西假设的那样坍缩成点状的恒星，而是会坍缩成一个旋转的圆环。任何不幸碰撞到圆环的人都会被毁灭，但掉进圆环内的人则不会死去，而是实际上穿越过去。但是，他（她）不会在圆环的另一端盘旋转圈，而是穿过爱因斯坦-罗森桥，在另一个宇宙中盘旋转动。换言之，旋转的黑洞是爱丽丝的镜子的边缘。

        如果他（她）再次在旋转的黑洞周围移动，他（她）会进入另一个宇宙。事实上，重复进入旋转圆环的行为会将一个人带入不同的平行宇宙中，就像是按下升降机的“向上”按钮。原则上，宇宙的数量可以是无限的，一个摞在另一个的顶上。“穿过这个魔环，然后——啪啪啪！——你身处一个全然不同的宇宙中了，那里的半径和质量都是负的。”克尔写道。

        不过，有一个严重的不利因素。黑洞是“不可穿越的虫洞”的实例，即：穿过视界是一次单程旅行。—旦穿过了视界和克尔环就无法退过克尔环，退出视界。

        但是，1988年，加州理工学院的基普·索恩（Kip thorne）和同事发现了一个可穿越虫洞的例子，即一个可以自由出入的虫洞。事实上，有了这个解，穿过虫洞并不比坐飞机更糟糕。

        通常，引力会挤垮虫洞的咽喉状部位，杀死试图到达虫洞另一头的宇航员。这是不可能以超光速穿越虫洞的原因之一。但是相信负能量或负质量的推斥力能够让咽喉状部位敞开足够的时间，让宇航员畅行无阻。换言之，负质量或负能量对于阿库别瑞引擎和虫洞的解都是必不可少的。

        在过去的数年中，已有数量惊人、允许虫洞存在的爱因斯坦方程精确解被发现。但是，虫洞确实存在吗？或者它们仅仅是一种数学上的想象？虫洞面临的重要问题有以下几个。

        首先，为了创造穿越虫洞所必须的剧烈时空扭曲，需要数量巨大的正物质和负物质，约等同于一颗巨大恒星或者一个黑洞。华盛顿大学的物理学家马修·维瑟（Matthew Visser）估计，打开一个1米宽的虫洞所需的负能量抵得上木星的质量，不同之处是这能量必须是负的。他说：“你需要大约一个负木星质量的能量完成这一任务。仅仅是操纵一个正木星质量的能量就已经是天方夜谭了，远远超越了我们在可预见的未来里所能达到的能力。”

        加州理工学院的基普·索恩推测道：“事实会证明物理学定律允许人体大小的虫洞里有足够的异常物质保持虫洞开启。但是，事实也会证明创造虫洞和保持它们敞开的科技远远超过我们人类文明的能力，无法想象。”

        其次，我们不知道这些虫洞能有多稳定。这些虫洞产生的射线或许会杀死任何进入其中的人。或者，虫洞可能根本不稳定，会在刚有人进入时就关闭。

        第三，落入黑洞的光线会发生蓝移，即：随着它们靠近视界，它们会获得越来越大的能量。事实上，在视界自身的位置上，光会发生技术性的无限蓝移，因此这一下陷中的能量发出的辐射可能杀死一架火箭中所有的人。

        让我们更细致地探讨这些问题。问题之一是聚集足够的能量撕裂时间和空间这块织物。做到这点最简便的方法是将一个物体压缩到它小于自己的“视界”。以太阳为例，这表示要将它压缩到直径约2英里，然后它将坍缩成—个黑洞。（太阳的引力太弱，不足以将它自然压缩到直径2英里，因此我们的太阳将永远变不成黑洞。原则上，这表示任何事物——甚至是你，如果被充分压缩，都可以变成黑洞。这意味着将你身体的所有原子压缩到小于亚原子距离——一项超过现代科学水平的功绩。）

        更实际的方法是集合一组激光束，向一个精确的点发射强烈的激光。或者建造一台巨大的核粒子加速器，制造两束原子束，它们随后会猛烈相撞，释放出巨大的能量，足以在时空的织物上撕开一道小口子。

        

普郎克能量和粒子加速器

        我们可以计算在时空中制造不稳定所需要的能量：大约等同于普朗克能量，或者说1020亿电子伏特。这真是无法想象的巨大数宇，比当今最强大的机器——位于瑞士日内瓦郊外的大型强子对撞机（LhC）所能获取的能量还要多1000万亿倍。LhC能够将质子在一个大型“环状物”中摇晃，直至它们的能量达到数万亿电子伏特，这是自宇宙大爆炸以后不曾出现过的能量。但就是这一机器中的庞然大物都远不可能制造出接近普朗克能量的能量。

        Lernational Linear er，ILC）。ILC不会将亚原子粒子的路径转成环形，而是将把它们喷射到—条直线路径上。在粒子沿这一路径移动时会被注入能量，直到它们获得大到难以想象的能量为止。随后，一束电子将与正电子相撞，制造出巨大的能量爆发。ILC将长30-40千米，是斯坦福直线加速器（Stanford Linear Accelerator）长度的10倍，是目前最大的直线加速器。如果一切顺利，ILC定于在未来10年里完工。

        ILC产生的能量将为0.5-1万亿电子伏特——少于LhC的14万亿电子伏特，但这可能带有误导性（在LhC中，质子之间的对撞发生在组成质子的组分——夸克之间。因此涉及夸克的对撞少于14万亿电子伏特。这就是为什么ILC将产生比LhC所能产生的更大的对撞能量）。同样，由于电子没有成分，因此电子和正电子之间相撞的动态更为简单和彻底。

        但现实地说，ILC同样远远不足以在时空中打开一个洞。要做到那一点，你需要一台强大1000万亿倍的加速器。对于我们这种使用死去的植物作为燃料（比如石油和煤）的0型文明而言，这种科技超出了我们所能集合的任何事物。但它对于一个III型文明来说或许会成为可能。

        别忘了，一个III型文明在利用能源方面能动用整个星系的资源，消耗比—个II型文明多l00亿倍的能量，II型文明的能源消耗是以单单一颗恒星为基础的。而一个II型文明比一个I型文明消耗的能量多100亿倍，I型文明的能量消耗是以一颗行星为基础的。在100-200年间，我们脆弱的0型文明将达到I型文明的水平。

        根据这一假设，我们距离能够实现普朗克能量还有非常非常远的距离。许多物理学家认为，在极度微小的距离，即10-53厘米的普朗克距离内，空间不是空无一物或者平静的，而是变得“满是泡沫”。它打出微小的气泡，气泡不断地短暂出现，与其他气泡相撞，随后消失在真空中。这些在真空中猛然进进出出的气泡是“虚拟宇宙”，非常类似于突然出现又消失的电子和正电子虚拟粒子。

        通常，这一量子时空“泡沫”是我们完全无法看见的。这些气泡在非常微小的距离内出现，我们无法观察到它们。但是量子物理学家提出，如果我们将足够的能量集中在一个点上，直到我们达到普朗克能量，这些气泡可以变大。届时我们将看到时空中充满了小气泡，每个气泡都是一个连接到一个“婴儿宇宙”的虫洞。

        在过去，这些婴儿宇宙被认为是一种好奇，一种纯数学得出的奇怪结果。但是，现在物理学家开始想象我们的宇宙最初可能也是从这样的婴儿宇宙开始的。

        这样的想法是十足的想象，但物理学定律给出了可能，将足够的能量集中到一点上，在空间上打开一个洞，直到我们能接近显露出的时空泡沫和虫洞，它们将我们的宇宙和一个婴儿宇宙相连。

        在太空中打出一个洞当然要求我们的科技有重大突破。但是，同样，它对于一个III型文明而言或许是可能的。比如，在一种叫“尾场桌面型加速器”（akeflekl tabletop accelerator）的事物上已经有了很有前景的发展。非比寻常的是，这一核粒子加速器非常小，可以被放置于桌面上，但却能产生数十亿电子伏特的能量。尾波场桌面加速器的工作原理是向带电荷的粒子发射激光，随后粒子会借助激光的能量移动。斯坦福直线加速器中心、英国的卢瑟福·阿普尔顿实验室（Ruton Laboratory）和巴黎高等理工学院（Ecole Polyteique）完成的实验证明，使用激光束和等离子体注入能量是可能实现短距离内的巨幅增速的。

        但是，另一大突破在2007年实现了，斯坦福直线加速器中心、UCLA和USC的物理学家和科学家证明，一台巨型粒子加速器的能量可以在仅仅1米的距离内加倍。他们从一束电子开始着手，在斯坦福将其射入一个2英里长的管道，达到了420亿电子伏特的能量。随后，这些高能量电子被送入一个“加力燃烧室”中，它由一个仅88厘米长的等离子室构成，在那里电子获取额外的420亿电子伏特，使它们的能量加倍（等离子室充满了锂气。当电子穿过气体，它们制造出一种等离子体波，等离子体波制造出尾波。这个尾波转而流回电子束，并随后将它向前推，给予它额外的动力）。在这一了不起的成就中，物理学家们将过去每米能够加速一道电子束的能量纪录提高到了原来的3000倍。通过对现存的加速器添加这样的“加力燃料室”，我们原则上几乎是不付出代价地将它们的能量加了倍。

        今天，尾波场桌面加速器的世界纪录是每米2000亿电子伏特。要将这一结果提高到更长的距离面临着无数的问题（比如在激光功率被注入电子束的时候维持电子束的稳定）。但假设我们能够维持每米2000亿电子伏特的功率水平，这意味着一台能够实现普朗克能量的加速器必须有10光年长。这完全在III型文明的能力之内。

        虫洞和拉伸空间或许给予了我们打破光障最现实的方法。但这些技术是否稳定还是未知的。如果这些技术稳定的话，要完成它们仍旧必须使用数量巨大的正能量或负能量。

        或许一个先进的III型文明已经具备了这项技术。或许还要过数千年我们才能哪怕是思考一下控制和利用这样规模的能量。由于对在量子水平上控制时空织物的基本定律仍旧存在争议，因此我把它归类为“二等不可思议”。
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