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首頁監獄王子與火麒麟

相對論(2)

魏庭喝了口水,繼續說道:“研究者認為:人類發明了飛行器,逐漸的速度越來越快,人類就想飛離地球,變成地球的衛星。要想形成地球的衛星,環繞地球飛行,必須達到的速度是根據理論計算的,叫做第一宇宙速度,第一宇宙速度是7.9千米每秒。人造衛星想要上天,必須獲得每秒7.9公里以上的速度。在火箭大型化以前,這是個遙不可及的數值。1942年,年輕的馮?布勞恩領導團隊為希特勒完成了V-2火箭的研制工作。第二次世界大戰末期,1944年9月8日第一枚V2火箭在倫敦市區爆炸,造成了人員和財產的慘重損失。V2火箭雖然在戰爭中扮演了極不光彩的角色,但它在技術上的成功卻使人類向征服太空邁進了一大步,成為現代大型火箭的鼻祖,構筑了航天史上重要的里程碑。二戰后馮?布勞恩帶著最先進的運載火箭技術來到美國。他用自己研究的火箭將美國的第一顆人造衛星和第一位宇航員送上了太空,而他一生中研究的最高成就是這枚有史以來最大的運載火箭“土星”5號,土星5號第一次讓人類踏上了月球,但它所代表的化學火箭已經達到了極限,在未來的太空遠征中我們將利用什么樣的火箭前往呢?研究者認為:假若要脫離地球的引力,能夠圍繞太陽運行,那速度要相應的提高。作為太陽的行星需要多大速度,叫第二宇宙速度,它需要11.2千米每秒,人類還有更多夢想,現在越來越成為現實了,除了要到火星上去,還想到外太空,脫離太陽的引力,必須進一步提高速度,那就是第三宇宙速度。第三宇宙速度的值是16.7千米每秒,達到這個速度就有可能進行星系航行了。

人類的火箭燃料大都是用的液氫和液氧,這已經是化學火箭中最好的燃料了,但對于星系航行而言,液氫液氧的能量密度還遠遠不夠。在50多年前,科學家發現鈾-235原子核在吸收一個中子以后能分裂,同時放出兩到三個中子和大量的能量,放出的能量比化學反應中釋放出的能量大得多,這就是核裂變能,也就是我們所說的核能。有人提出下一代的火箭一定是核火箭,很多年來無數人都對此十分神往。人們設想只要加入很少一點的核燃料,核能產生的強大動力就可以維持火箭飛行幾年,甚至幾十年、上百年。20世紀上半葉,當原子核中蘊含的能量被發現以后,一方面立即被應用于軍事,另一方面很多人也開始了和平利用原子能的嘗試,核電站和核動力船舶很快就投入使用。而早在1949年,兩彈元勛錢學森與美國同行就提出了研制核火箭的設想。50年代末,在美國洛斯?阿拉莫斯國家試驗室里,一些科學家在那里進行實驗,設想用核動力來實現星際航行。研究者認為:核動力航行就是用核裂變、核劇變進行航行,這個在技術上目前基本上已經能夠達到了,但是還有很多困難。關于這種核動力火箭、飛船目前都沒有出現,但是有很多設想:其中最簡潔也是最震撼人的一種設想就是不停地把這個飛船后面扔原字彈,可以造出很小的劇變炸彈、氫彈,大概現在目前的技術有可能造成乒乓球甚至花生米那么大一個劇變炸彈,不停地往飛船后面扔,然后飛船后面有一個反射鏡,這個炸彈、氫彈所產生的沖擊、輻射就推動這個反射鏡,把這個飛船往前推進,這是目前最有意思也是最震撼的一個設想,叫脈沖推動飛船。

人類即使是使用核燃料,和外星飛船上的反物質反應堆還是無法相比。因為核反應產生的能量僅相當于反物質湮沒能量的2%。攜帶核燃料雖然比液氫和液氧要輕便許多,但跨越數十光年的漫長星際旅行,所需的核燃料仍然是一個相當龐大的重量。50年代,美國曾經試驗過核動力飛機,龐大的B-36曾被作為核動力飛機的候選人,但是實驗結果并不理想,主要問題是核反應堆本身很笨重,它的加熱效率不高,能夠用來推動的能量不大。研究者認為:銀河系之內的飛行有各種形式,比較化學動力不行,因為它路程太漫長了;用鈾聚變也不行;比較可行的大概就是用氫聚變,就是如果我們現在發現氫的冷聚變方法,然后把它使用粒子方式推進。這樣的話,有可能達到星系內部的航行速度。小質量的原子核在一定條件下相互聚合,釋放出巨大的能量,這就是核聚變。核聚變廣泛存在于宇宙中,所以像太陽這樣的恒星能發出強烈的光和熱,同時宇宙中還存在著各種各樣的射線。太陽就有很強的輻射,每時每刻都會噴發出各種粒子,人們形象的把它稱為“太陽風”。在上個世紀中期就有人設想,像海風鼓動帆船一樣,是不是可以利用太陽風來帶動某種太空帆船前進呢?

嚴格來說太陽帆并不像船帆,它的形狀千奇百怪,有的像一把雨傘,有的也像船帆那樣,但是都有一個弧度,還有風車那樣的形狀。太陽帆最大的好處就是它不需要帶燃料,雖然太陽風給它的加速度并不快,但由于可以一點點不斷加速,所以有人計算只需10年太陽帆即可以飛出太陽系。令科學家們更感興趣的是推動力比太陽風大1000多倍的太陽光。著名天文學家開普勒在400年前就曾設想不要攜帶任何能源,僅僅依靠太陽光能就可使宇宙帆船馳騁太空。太陽光壓飛船這一概念到20世紀20年代才明晰起來。1924年,康斯坦丁?齊奧爾科夫斯基和他的同事提出“用照到很薄的巨大反射鏡上的陽光所產生的推力獲得宇宙速度”。由于來自太陽的光線提供了無窮盡的能源,攜有大型太陽帆的航天器最終可以以每小時24萬公里的速度前進。這個速度要比當今以火箭推進的最快航天器快4到6倍。即比第二宇宙速度快6倍,比第三宇宙速度快4倍。研究者認為:星際飛行分兩部分,一部分是擺脫行星引力的飛行,就是飛出行星的飛行??茖W家們很形象地把它稱作飛出引力深井,這個飛行和宇宙空間飛行還是不太一樣的,擺脫引力深井需要在短時間之內,爆發出大部分的能量,就火箭發射咱們就看到了,但是在太空中飛行,因為已經沒有引力,也沒有空氣阻力,可以用很綿長的加速、不停地加速,甚至長年累月地加速,把它加到很高的速度,這時候太陽帆就能起作用了。雖然它一時間的推力很小,但是它長久的加速積累起來就很大了。比如以一個重力加速度,大概加速到一年至于幾年的時候,就能接近光

速,這是一個很高效率的加速度,技術上還可以實現的這個航行方式的。

依照太陽帆的相同原理,如果到距離太陽更遙遠的地方,激光帆是更好的設計。無論是太陽帆還是激光帆,最大的難關是研制帆面的材料,美國科學家李米克是研究激光帆面的專家,他反復試驗,希望制造出不僅薄如蟬翼而且還可以耐受高強的激光照射的帆面。現在他正在測試5種激光帆面的新材料。他將大約直徑2寸的新材料放入裝有激光發射器的封閉艙中,用1萬到10萬瓦特的激光照射。這是非常強大的輻射能量,李米克希望知道這些材料能否經受住強激光照射。這將是這次研究的關鍵時刻。李米克非常緊張。這張薄如蟬翼的材料是否會瞬間化為灰燼?封閉艙里模擬的是太空環境,大氣被抽出,內部氣壓極低,幾乎是真空狀態。如果這些輕巧纖細的材料能夠經受住這次考驗,它將有可能用于制造未來的激光帆飛船。

僅靠激光的力量就推動了這塊小帆面,而且它完好無損。這是一個突破性的進展,但離激光帆飛船的實際建造還相差很遠。研究者認為:如果地球人已經在宇宙中間建立了一種網絡,形成了一些移民地,那么可以像加油站一樣,在各個星球上或者在小流星上,加一個激光發射器,飛船從這個地方到那個地方,一路上可以全靠這個激光來施加壓力。為什么不用太陽,如果用恒星的光來做動力的話,太陽正好是相距太遠。有時候如果太陽在后面,那得順風,如果太陽在另外一面,恒星在側面,那就是側風甚至是頂風。這樣作為光環的話,它的效率要打大折扣。如果要是激光接力傳送的話,它也不存在這個問題,但必須是實現已經建立了這樣的加油站。真正的激光帆飛船需要龐大的建造計劃??茖W家們設想,大部分的工作可能在未來的月球移民地進行。首先必須建造數千座使用太陽能的激光發射器。每一座激光發射器將被移動到跑道上包裝起來,然后迅速送往一個用于發射的軌道。軌道上排列強大的磁鐵,利用磁力加速激光發射器,使其脫離月球重力,到達空間工作站。若干個激光發射器在工作站被組裝成龐大的激光陣列。

火箭將激光帆飛船送入地球軌道,帆面展開了,直徑半英里的帆面牽引著準備星際航行的飛船。激光陣列中的發射器發出的強烈的光束,照射激光帆,從帆面反射的光線將推動飛船緩緩前進,并逐漸增加速度。它飛過太陽系中的行星,在幾年的旅行后,它將以近乎光速的速率接近另一顆恒星。樂觀的估計,人類要實現這個設想的旅程,至少還需要數十年甚至上百年的時間。

研究者認為:太空飛行所用的動力有各種各樣的方面,有很多種?,F在人類認為,以現在的認識、現在的科技發展水平,星際突壓式發動機是最好的。但是隨著科技的發展,可能提到的方案更好又更容易實現。

人類在苦苦探索新型動力的飛船,為實現星際航行尋求能量之源。科學家也正在為星際航行規劃非常可行的節能路線。這是一種被稱為空間高速公路的軌道系統,這種軌道系統存在于星體的引力場之間,比如太陽和行星之間,行星和衛星之間。通過計算科學家們已經描繪出了這些系統中的引力平衡點,它們在空間中仿佛像一條條管道,而且這些管道還有接口可以彼此連通。飛行器在這些管道里飛行可以節約很多能量,就像我們進入了高速公路,行駛距離可能不是最短的,但是速度最快而且能量最省。

目前一些國外的航天項目已經開始開發這種高速公路資源。2009年美國計劃發射木星第六探測器,它準備利用的就是這種行星間高速公路,一個探測器預備同時探測木星的3顆衛星。

盡管人類想象并設計出了各種星際旅行的方案,但還面臨著一個重大的難題。就像這艘外星飛船一樣,我們不知道它造訪地球的旅行耗費了多長的時間,它的速度到底有多快?有什么辦法可以在短時間穿越茫茫太空?科學家將繼續在飛船中為我們揭開謎題。2008年9月10日15點30分,歐洲核子研究中心啟動世界最大的強子對撞機上演了微縮版的“宇宙大爆炸”,重現了宇宙誕生時的形態。這個史上規模最大的科學計劃,使人類進入了物理學的全新領域。有科學家大膽預言,它有可能是世界上第一臺時間機器。人類跨星系旅行的夢想有可能變為現實。

人類夢想有一天能穿越茫茫時空,進行跨星系的太空旅行。這個夢想似乎還很遙遠,但我們不妨先想象外星人已經把它變為了現實。我們設想,科學家在沙漠中找到了一艘被外星人遺棄的飛船,地球的物理學家和工程師們正在試圖弄清它的內部構造。在飛船的內部,我們發現了反物質反應堆,慣性消除器和抗引力推進裝置。這些超過人類成千上萬年的技術使飛碟能夠穿梭于茫茫太空,并在地球的大氣層中神出鬼沒,來去自如。很多人認為飛碟來自太陽系以外的外太空,因為人類已經證實,除了地球人,在太陽系的所有星體中,沒有別的高等智慧的生命體,更沒有另一個繁盛的文明。據科學家樂觀的估計,離地球最近的適宜像人類這樣的生命體居住的行星,大約在距地球四十五光年遠的地方。我們所處的銀河系,仿佛是一個涌動著激流的巨大無比的漩渦,無數恒星依靠引力在這里聚攏,在銀河系中像太陽一樣的恒星約有2000億個,而宇宙中的星系,以人類目前的觀測大概是500億到1000億個,宇宙實在是太大了,令人嘆為觀止。研究者認為:我們經常說宇宙無邊無際,要有多大就有多大,甚至我們說是無限的宇宙,但是我們講太空是要分層次的。比如說講太陽系、講銀河系、講總星系有多大?太陽系就在我們身邊,太陽離地球的距離也不過是一億五千萬公里,有九大星系,但是像太陽這樣的行星,在銀河系里邊有超過一千億個,銀河系的直徑有好億、好幾十億光年,但是銀河系又在總星系里邊,這個總星系有數百億個像銀河系這樣的東西,它的這個寬度有大概150億光年,但是人類現在也就能夠用我們的望遠鏡去觀察到150億光年以外的星體。

150億年前,在猛烈的一瞬間,熱與光的爆發之中,時空從此開始,這就是創世大爆炸。大約46億年前,太陽系誕生了。我們的太陽只是銀河系中的一兩千億個恒星中的一個,實在是微不足道。像我們銀河系同類的恒星系還有千千萬萬。那些遙遠的星系還在不斷地遠離我們而去,離我們越遠的星系,飛奔的速度越快,整個宇宙都在膨脹。除了太陽以外,離地球最近的恒星在半人馬座星系,距離我們超過四光年遠。也就是說,即使飛船能夠以光速前進,每秒速度達到30萬公里,從地球到達半人馬座也需要四年多的時間。如果古希臘人在5000年前的荷馬時代就向半人馬座發射了一個太空飛行器,速度和人類目前最快的飛行器旅行者號相同,那么它還需要七萬年才能夠到達?,F在它的飛行距離還不到總距離的百分之一。

探測木星和土星所使用的旅行者號探測器是目前速度最快的人造物體,速度是每秒鐘16公里。以這樣的速度,我們到達離地球最近的恒星需要7.5萬年左右。難以想象穿越如此遙遠的距離和如此長時間的飛行會需要多少燃料,所有這些燃料也會極大增加飛船的重量,并降低它的速度。外星飛船以一種的奇特的方式穿梭于銀河系乃至整個太空。就人類現有的知識來看,光速是宇宙中速度的極限,任何物體的運動速度只能無限接近光速,不可能超過光速。研究者認為:實際上光速是我們現在能達到的極限,這個結論既不是理論推導出的,也不是實驗證明了的,這是一個假定。這個假定是愛因斯坦在他提出相對論的時候提出的,問題是沒有什么實驗能夠否認這個假定。所以我們現在都是接受這個假定。但是要明確的是它是相對論所需要的那些前提假定之一。作為現代物理學最重要的思想家,阿爾伯特?愛因斯坦的名聲早已超過同時代的任何一位科學家,成為超高智慧的代名詞。相對論讓愛因斯坦名揚天下。年輕的愛因斯坦最喜歡觀察樹林中的光影,狹義相對論的核心是光速恒定,它認為不論光源以多快的速度移動,也不論觀察者以多快的速度向什么方向移動,光速永遠不變。所有的運動,甚至時間本身都必須與之相對應,由此愛因斯坦首次提出時間是相對的。他告訴我們雖然任何物體的運動速度不可能超過光速,但當它接近光速時,時間就會變慢,距離就會變短。越接近光速,時間越慢,距離越短。根據愛因斯坦的理論,越接近光速,飛船上的鐘表走動的速度就會越慢,因此時間過得也就越慢。如果飛船以光速飛向半人馬座,到達時,在地球上已經過去了好幾年的時間。但是對飛船來說,時間僅僅過去了幾個星期。機組成員的年齡只增加了幾個星期而已。飛行時間記錄器上顯示的數字也會表明,這只不過是個短期旅行。這就是所謂的“時間膨脹”現象。時間是一種帶著我們從過去走向未來的無情力量。大家仿佛都知道時間是什么,但卻無法確定的定義時間。時間是神秘的,從古希臘甚至更早的時候,人們就對時間進行了很多種思考,但是真正從科學上把時間和空間聯系在一起,并提出一種時空理論,還是從1905年愛因斯坦的狹義相對論開始。

他首次提出一個概念,時間和空間這兩者不是彼此無關的。比如說隨著人們運動狀態的改變,時間和空間在不同的參照系里可能會有意想不到的變化,相對論的提出推動了20世紀物理學的革命,為人們研究星系宇宙奠定了理論基礎。著名物理學家卡爾?薩根在影片《宇宙》中,把相對論的公式進行了形象地展示。影片中保羅與他的弟弟和朋友們道別,開始了他的光速旅行。保羅正以光速的一半前進時,奇妙的事情出現了,保羅前面的光波被壓縮,他的影像變成了藍色,同時,他疾馳而去時自己的光波會延伸在身后,由于長光波是紅色的,他后面的影像就會變紅。當保羅加速到接近光速,他身后的一切都壓縮到前方的隧道中去了,中間出現藍影,周圍出現紅影。接近光速最奇特的現象,就是時間會減慢。所有時鐘,不論是機械鐘還是生物鐘,接近光速時都會減慢,但靜止的時鐘,則像往常一樣運作。若我們以接近光速的速度前進,衰老的速度會比正常人緩慢。保羅的手表和他的感覺顯示,他僅僅離開了幾分鐘,但在朋友眼中,保羅已經離開了幾十年,只有年邁的弟弟仍然耐心地等候著他,他們體驗到時間膨脹的奇怪現象,這就是愛因斯坦所說的狹義相對論。當然,影片中的一切只是理論上的假想,但是在1971年,物理學家理查德?基廷和喬伊?哈夫勒驗證了這個假想。他們將4個極為精確的原子鐘放在一架普通航行的飛機上。飛行之后,這些原子鐘與放在地面的原子鐘相比的確慢了59納秒。它不僅證明狹義相對論完全正確,也說明人們通過坐飛機來長壽,理論上是可行的,所不同的是效果太微弱了。一個人在飛機上飛行80年的時間一共可以賺得400微秒。400微秒實際上只是0.0004秒。但是在粒子加速器里,狹義相對論所預言的時間膨脹效應就不那么微弱了,在美國費米試驗室長達40公里的粒子加速器中,次原子粒子可以被加速到光速的90%以上,在這樣的速度下,時間的變化明顯出現了。在正常情況下壽命很短的粒子,存在的時間大大延長。這證明對這些粒子來說,時間變慢了。

從理論上看,如果乘坐非常接近光速的飛船,茫茫的太空之旅并不需要多么漫長的時間。然而,愛因斯坦并沒有讓光速旅行一帆風順。相對論還預言了另一個重要的問題。當物體的速度越來越接近光速的時候,它們就會變得更重。研究者認為:我們要想把一個物體加速的話,本身就需要很大的能量,但是當它越接近光速的時候,它所呈現出來的質量就變得越大。由于在愛因斯坦相對理論的體系里,他假定光速是不能達到的,所以說如果我們把一個東西加速到光速的時候,這個東西的質量會變得無窮大,這同樣是一個假設。因為它就是建立在光速是不可超越的這個前提之上的,它也是假設。也是無法驗證的,因為人類現在根本沒有能力把這個東西加速到光速。

既然任何物體都不可能加速到光速,那么光子為什么可以以光速行進呢?研究者認為:光子的速度并不是加速的結果,它一直就是這個速度,其實并沒有經歷過一個加速的過程。任何以光速傳播的東西,比如說無線電波也是用光速傳播,這些東西都不是我們加速的結果,等于它天生就是這個速度。自從愛因斯坦在一個世紀以前提出速度和質量之間的這種關系,整個人類世界都在苦苦探索問題的解決方案??瓷先ミ@似乎也是外星人進行星際旅行的路障。但事實并非如此。也許有一些方法可以繞過光速這個問題。請釋放你的想象力,跟隨科學家繼續外星飛船的探秘。一艘外星人的宇宙飛船被遺棄在地球,科學家正在努力弄清楚這艘飛船的構造原理。

他們攻入了飛船的電腦引導系統,發現似乎有一張全宇宙的地圖。這是一個具有突破性的發現。兩點之間并不一定是直線最短。如果想要了解外星飛船如何來到地球,我們必須再次請教愛因斯坦。

20世紀以前的物理學建立在牛頓絕對時空觀的基礎上。時間永恒地均勻流逝,空間是不動的舞臺,兩者相互獨立并且不受物質的影響。愛因斯坦的革命性發現是:時間和空間是不可分割的統一體,時空告訴物質如何運動,而物質告訴時空如何彎曲。在愛因斯坦的理論中,兩個物體間的相互作用并不像牛頓所描述的那樣,是彼此直接產生引力,而是由每個物體對周圍的時空產生影響,它們在時空中造成凹陷或扭曲,一個物體經過另一個物體的旁邊,路徑就會受到扭曲而偏向,這就好像是物質互相吸引一樣。

如果我們舉例描述廣義相對論:放在橡膠膜上的重物代表恒星或整個星系,網格代表時間和空間,重物的質量越大,空間和時間凹陷的程度也越深,那些從附近經過的東西,也就越難逃脫墜落在這個大質量物體上的命運。這個形象實際就是空間彎曲的形象,把一個鐵球想像為地球或者太陽或者某個天體,只要它有巨大的質量,那么它就能夠產生這個空間的彎曲。理論上小的質量也能產生彎曲,問題那就小得無法看到,不僅感官不能感知,也檢測不到。

為什么時間和空間會是彎曲的呢?這要先從平直空間說起。古希臘的歐幾里德發展了一套幾何理論,后人稱為歐幾里德幾何學,他從幾個定義和公設出發,可以推導出一系列定理。在歐幾里德幾何學里,有一個第5公設,根據這個公設,我們可以推論出三角形的三個內角,加起來總和是180度。因為平面上的圖形顯然滿足這個性質,所以我們把符合歐幾里德幾何學的空間稱為平直空間。

十九世紀初,法國數學家高斯、匈牙利數學家鮑耶、俄國數學家羅巴切夫斯基等人認識到,除了平直空間以外,沒有第5公設的非平直空間在邏輯上是可能的。在這樣的空間中,三角形的內角之和未必是180度。描述這種空間的幾何學叫做非歐幾何。

在球面上,三角形的三個角加起來超過180度,在雙曲面上,三角形的三個角加起來小于180度。當然,在這些曲面上并沒有真正的直線,但是比方說一只螞蟻,被局限在曲面上,那么這就是它的直線。同樣,人也被局限在生活的三維空間中。愛因斯坦的相對論證明,在大質量物體附近的時空需要非歐幾何來描述。這就是所謂彎曲時空。

一個有大的質量的東西就有引力,這時候它會讓周圍的空間彎曲,實際上這種彎曲度是非常微小的,在我們日常的感官中是感覺不到的。那么對比如說太陽這么大的一個質量,它能夠使它周圍的空間彎曲,在一定條件下進行天文觀測是可以觀測到的。

當1916年愛因斯坦發表了廣義相對論時,那還只是一個推測,愛因斯坦需要證據,為此他需要一次完整的日食。

如果愛因斯坦的推測是正確的,那么某個星球發出的光,在到達地球之前,從太陽附近通過的時候,實際上是沿著空中的一條曲線在運動,由于我們認為,光是沿著直線運動的,那么我們從地球上看到的情況是這個星球處在距離太陽很遠的b點。

如果愛因斯坦的推測是錯誤的,星球將一直處于A點。通常情況下,我們不會看到太陽附近有另一個星球的存在,因為太陽太亮了,但有一種情況下,我們能看到這個星球的存在,那就是發生日全食的時候,愛因斯坦預測到這個時候星球會按照廣義相對論所敘述的方式運動,那么他需要的是有人在日全食時候拍到的照片。

這個人就是阿斯愛丁頓,一位著名的英國天文學家,他相信愛因斯坦的理論,并且迫切的想證明愛因斯坦的推測是正確的。

1919年5月,他組織兩個遠征隊,分赴巴西東北海岸外的索布拉爾島和西非幾內亞灣的普林西比島進行觀測,希望能夠看到一次日全食的過程。遠征隊在發生日食的時候拍攝了太陽的照片。當月亮遮擋住太陽,在一片黑暗中,太陽附近開始出現星星。他看到了太陽后面的星星,太陽周圍巨大的引力讓這些星星的光線發生了彎曲。

半年以后,英國皇家學會正式宣布,他們的觀測結果符合愛因斯坦的預言!這個消息立刻轟動了世界。阿斯愛丁頓的發現確定了愛因斯坦作為物理學之父的地位。廣義相對論從此得到科學界公認。

愛因斯坦建立廣義相對論后,立刻開始思索是否可以用它來研究整個宇宙的性質。在此之前,大家心目中的宇宙圖像是牛頓的宇宙模型,時間和空間都是無限的,在其中均勻分布著靜止的物質。但是,這個宇宙模型本身存在著內在的矛盾。一個矛盾是,由于宇宙無限大,物質無限多,物質產生的引力也變成無限大。由于萬有引力的作用,牛頓宇宙中的物質難以保持靜止,而會互相吸引,最后墜落到一起去。

愛因斯坦認為,利用非歐幾何里的彎曲空間,可以解決這個問題。所以他在1917年,提出了一個宇宙模型。這個模型的空間部分是一個球面,彎曲的空間,使得宇宙看起來是有限的。因此可以避免引力變成無限大的問題。但是愛因斯坦發現,和牛頓的宇宙一樣,這個模型里的物質也很難保持靜止不動。

很快有人反對愛因斯坦的這個靜態宇宙模型,第一個提出質疑的,是俄國學者阿列克謝?弗里德曼。在1922年發表的一篇論文中,弗里德曼求解了不包括宇宙學常數的廣義相對論方程,發現宇宙不會靜止不動,而是要么膨脹要么收縮。愛因斯坦看到弗里德曼的論文后,給發表它的雜志去信,說弗里德曼可能算錯了。弗里德曼并沒有屈服于愛因斯坦的權威,他詳細寫出了自己的計算過程給愛因斯坦寄去。后來,愛因斯坦在同一個雜志上發表聲明,承認自己錯了而弗里德曼是對的。

引力能夠讓空間發生彎曲,也許外星人正是利用了這個現象穿越了星系。這艘假想的飛碟中有一個空間彎曲引擎。它能夠將后面的空間膨脹,前面的空間收縮,這樣一來,從一個地方到另外一個地方的速度能夠比光速還快。

更妙的是,飛船內的鐘表會同外面的鐘表保持同步,它將處于平常的空間,不會因為高速而感覺到相對論的效果。

研究者認為:外星人怎么能夠到地球來造訪,也許他們能夠克服光速、克服光障,也許他們有很長的壽命,也許他們有自動化的裝置,擺在飛碟里邊來和我們的地球的人類對話,這些都是有可能的。所以航天科技很有魅力,它對我們每一個人的精神層面、心理層面、心靈層面、智慧的層面和信仰的層面,都有極大的誘惑力,誘惑著我們向空間科學的深度和高度進軍。

我們的工程師成功攻入了外星電腦系統,了解到關于飛船的更多知識。除了空間彎曲引擎還有一個更加成熟的裝置,使飛船達到比光速還要快的速度。這個裝置是一個蟲洞開鑿機器,能夠將空間本身進行折疊。

拿一幅世界地圖,標記為A的地方是紐約,標記為B的地方是巴黎。如果將地圖折疊,這兩個城市之間的距離并不遙遠。所需要做的就是在地圖上鉆個洞,將這兩個城市連接起來。這個通道就是一個蟲洞。

廣義相對論出現后產生的最重要的影響,就是提供了允許時空旅行的蟲洞理論。按照《時間簡史》中霍金對蟲洞的描述:它是溝通宇宙之間的細長時空管道。雖然蟲洞被形象地描畫出來,但它其實只是一個數學模型,是1935年,愛因斯坦和羅森在論文中根據場方程推導出的通道,被稱為愛因斯坦-羅森橋。但愛因斯坦也指出這座橋很難通過,因為它極不穩定,隨時有斷裂的危險。

研究者認為:在量子物理里所想到的蟲洞通常都是很短壽的,蟲洞這個東西到現在為止沒有誰見過真的,它是一個理論上推導出來的,是根據愛因斯坦的引力場方程推導出來的一個結果。所以在理論上它可能存在,不過實際上誰也沒有找到過。這個蟲洞對于星際航行來說是最有吸引力的,因為哪怕離我們最近的恒星,我們用光速行駛也要四年以后才能到達,何況現在根據相對論我們也到不了光速。但是蟲洞是另外一種東西,它意味著時空的扭曲,它讓我們有可能瞬間就到達遙遠的地方,或者說它根本就是超光速的,甚至就是速度無窮大的。那這樣的話,對于星際航行的假想來說是富有誘惑力的。如果在恒星之間真的有星際航行存在的話,它們一定是超光速的,否則這么遙遠的旅程是沒有意義的。

外星飛船上的蟲洞開鑿機器一定有一個穩定器。也就是說,外星人能夠開鑿出一個蟲洞,同時在飛船經過的時候保持蟲洞的暢通。要想弄明白這艘飛船的飛行原理的確是個不小的挑戰。我們必須將相對論的知識運用到極致,才能夠明白來自外星球的這些訪問者已經取得的成就。

也許在并不遙遠的將來,我們能將這些超光速的技術運用到人類的飛行器中,能夠穿越茫茫的空間和時間,去外星人的星球上與他們會面。然而,這一天的到來可能蘊藏危機,因為在這艘外星飛船中還隱藏著一個重大的秘密。”

w彭帆 · 作家說

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