穿越虫洞来到星系（穿越虫洞回到过去）

科学家提出五个理论上可能实现的科幻小说概念，这些常见的科幻题材有朝一日可能成为现实。

虫洞图像

艺术家绘制的虫洞图像。

科幻小说和电影里充斥着各种异想天开的点子，它们中的大多数经常会引发一场精彩绝伦的冒险，而不是从科学或技术角度对未来趋势做严谨的预测。一些最常见的科幻题材，例如在几秒之内把航天器加速到难以置信的速度而不压垮里面的人，当我们理解了物理定律之后就会知道它们几乎是不可能的。然而，同样的物理定律似乎允许其他不着边际的科幻概念存在，例如虫洞和平行宇宙。下面是一些可以真正实现的科幻想法的概述——至少在理论上是这样。

虫洞

在特定的重力条件下穿越虫洞成为可能。

虫洞这一构想——一条允许在宇宙中相距甚远的不同部分之间进行瞬时穿梭的捷径——听起来好像是作为虚构故事的驱动力而创造出来的。但早在科幻小说家掌握它之前，虫洞便以它更正式的名字——爱因斯坦—罗森桥作为一个严谨的理论概念存在了。虫洞这一概念来自爱因斯坦的广义相对论，而该理论将引力看做是大质量物体引起的时空畸变。在与纳森·罗森的合作下，爱因斯坦在1935年从理论上证明引力极强的点，例如黑洞，是可以直接相互联通的。也因此虫洞的概念应运而生。

黑洞周围的引力会摧毁任何靠近它的人，所以实际上直到19世纪80年代，天文学家卡尔·萨根决定写一本科幻小说之前，穿越虫洞这一想法并没有被认真考虑过。按照BBC的说法，萨根鼓励他的同事基普·索恩构思一个在一瞬间进行星际穿越的可行方法。索恩及时地提出了一个想法——在理论上可行，但实践上几乎不可能——那就是人类可以通过毫发无伤地穿过虫洞来实现星际旅行。他们讨论的结果被卡尔·萨根写入他的小说《接触》（ 西蒙与舒斯特公司，1985年），随后小说被改编成了由朱迪·福斯特主演的电影。

虽然虫洞不大可能会成为电影中演绎的那种简单快捷的交通工具，但是现在科学家们想出了比索恩最初的建议更加可能的方式来建造一个虫洞。如果宇宙中已经存在虫洞，那么我们也可以用新一代的引力波探测器来定位它们。

曲率飞行

理论上，如果你能够操纵飞船周围的空间，你就有可能超过光速。(图源：EDUARD MUZHEVSKYI / SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

大多数太空探险都有一个重要的前提条件，那就是以我们今天远不能及的速度从A到达B。撇开虫洞不谈，单是传统的宇宙飞船想要实现这一目标就有许多技术困难。飞船需要巨量的燃料，需要考虑加速的挤压效应，而且实际上宇宙还有一个严格规定的速度限制。这就是光的传播速度——每年正好走一光年，但总的来说在宇宙尺度下并不算快。比邻星是离地球第二近的恒星，距离太阳4.2光年，而银河系的中心与太阳之间的距离达到了惊人的27000光年。

幸运的是，宇宙的速度限制有一个漏洞：它只规定了我们进行太空旅行的最高速度。正如爱因斯坦解释的那样，空间本身是可以被扭曲的，所以以操纵飞船周围空间的方式来打破速度限制是有可能的。太空飞船仍将以低于光速的速度穿越周围的空间，但空间本身的速度会比光速还快。

这就是《星际迷航》的作者们在19世纪60年代提出“曲率飞行”这一概念时的想法。但对于他们来讲它也只是一个听起来不错的点子，并不算是真正的物理模型。直到1994年，报道称，理论学家米给尔·阿库别瑞发现了爱因斯坦方程式的一种解决方案，它可以产生真正的曲率驱动效果，压缩宇宙飞船前方的空间并在飞船后方扩展开来。首先，阿库别瑞的解决方案和索恩提出的可穿行虫洞一样巧妙，但科学家们正尝试改进它，希望有朝一日可以付诸实践。

时间旅行

有关时间和时空的想象图

（An illustration of time, space-time, with a clock and a cosmic background）.

广义相对论认为回到过去是可能的。

时间机器这一概念是科幻小说里众多优秀的剧情道具之一，它能够带领角色回到过去并改变历史进程——为了使其更好或更坏。但它不可避免地会引发逻辑悖论。举个例子，在电影《回到未来》中，如果借由布朗博士制作的时间机器回到过去的马提并没有拜访他，那么博士还会制造时间机器吗？正是因为这样的悖论所以许多人认为时间旅行在现实世界中是不可能的——然而，根据物理学定律，它确实可以发生。

就像虫洞和空间翘曲一样，爱因斯坦的广义相对论告诉我们可以回到过去。广义相对论认为空间和时间都是相同“时空”连续体的一部分，而且它们之间有着密切的联系。就像我们讨论通过虫洞和曲率飞行来扭曲空间那样，时间也可以被扭曲。有时候时间被扭曲得如此严重，以至于它与自己重叠在一起，科学家称之为“闭合类时曲线”——认为它可以准确地称为时间机器。

物理学家大卫·刘易斯·安德森描述了私人实验室安德森研究所的研究，他说物理学家弗兰克·蒂普勒在1974年发表了一份关于时间机器的概念设计。它被称作蒂普勒柱体，必须很大——根据汉博所说，至少60英里（97千米）长，而且密度极大，总质量可以与太阳相比。为了发挥时间机器的效能，这个柱体必须高速旋转到能够扭曲时空使得时间重叠的地步。这听起来可能不比往DeLorean汽车里安装一个能量电容器来的容易，但它确实有一个优点，那就是它确实会起作用——至少理论上是这样。

传送

2002年《星际迷航》探险展览。科幻剧和电影用传送作为将人转移到新地点的简易方式，但现实却远非如此。（图源：Scott Barbour / Staff via Getty Images）

有关传送的典型科幻例子是电影《星际迷航》中的运输机，顾名思义，它可以方便地将机组人员从一个地方运输到另一个地方。但是传送与其他任何形式的传输都截然不同：传送技术在终点创造出一个精确的复制体的同时，本体将会在起点堙灭，而不是旅行者在空间中从起始点传输到目的地。从这些角度来看——而且在亚原子粒子而不是人类的水平上——IBM认为传送确实是可能的。

与之对应，现实世界的这一过程叫做量子传输。这一过程精确地将一个粒子例如光子的量子态，复制到另一个也许几百英里远处的粒子上。量子传输会使得第一个光子的量子态发生坍塌，所以看起来好像真的是神奇地将光子从一个地方传送到了另一个地方。这个把戏基于爱因斯坦提到的“鬼魅般的超距作用”，但它更经常被人们熟知为量子纠缠。如果要“传送”的光子与一对纠缠的光子其中之一发生接触，并将测量到的量子态发送到接收端——即另一个纠缠的光子所在地——那么后一个光子会切换到与传送的光子相同的量子态。

即使只是一个光子这个过程也很复杂，而且也没有办法扩大到和《星际迷航》里的即时传送系统一样的规模。即便如此，量子传输在现实世界中仍有非常重要的应用，例如用于防黑客通信和超快速量子计算。

平行宇宙

泡泡宇宙，艺术家描绘的多元宇宙

我们通过望远镜来揭开宇宙的面纱——所有从大爆炸开始便向外膨胀的数百万星系。但那就是全部吗？理论证明事实也许并非如此：在我们的宇宙之外也许有一个完整的多元宇宙。“平行宇宙”的概念是另一个被人熟知的科幻主题，但它们在荧幕上的形象通常只在细枝末节上与现实不同。但实际上也许会比那诡异得多，平行宇宙中的物理基本参数——例如重力或核力的强度——与我们宇宙是不同的。一个典型的例子便是艾萨克·阿西莫夫在《神们自己》（道布尔迪出版社，1972年）一书中描绘了这种截然不同的宇宙以及生存在其中的生物。

现代人理解平行宇宙的关键是“永久膨胀”这一概念。它描绘出无限的空间结构永远处于一种快速膨胀的状态。在空间中，不时会有一个局部的点——一个自成一体的大爆炸——不再以一般而是更平稳的速度增长，而物质如恒星和星系便在其中形成。按照这一理论，我们的宇宙正是这样一个区域，但也许还会有其它无数和我们一样的区域。

正如阿西莫夫小说所描写的那样，这些平行宇宙有着与我们完全不同的物理参数。科学家们一度认为只有和我们拥有几乎一样参数的宇宙才可以孕育生命，但是先前报道称，最近的研究表明事实上可能并无这样的限制。所以阿西莫夫所描绘的外星人仍有可能存在——尽管并不能和小说里那样与它们建立联系。然而，或许可以通过别的方式探测到其他宇宙存在的痕迹。英国利物浦约翰摩尔大学的天文学教授伊凡·鲍德里在《对话》中写道，甚至有人认为宇宙微波背景辐射中神秘的“冷点”便是与其他平行宇宙碰撞留下的伤痕。

BY: Andrew May

FY: 天文志愿文章组

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