星際穿越可行嗎？

徐風(fēng)

近來，科幻電影《星際穿越》的熱映引起大家的關(guān)注。《星際穿越》所描繪的宇宙畫面、地球末日危機以及人類探索星空的能力，有多少符合科學(xué)與現(xiàn)實？人類要做到星際穿越，還有多遙遠(yuǎn)？

人類能通過蟲洞穿越時空嗎？

時光之旅在理論上似乎是可行的。為了實現(xiàn)時光旅行，霍金首先建議人們接納時間作為第四維的觀念。他舉了一個非常簡單的例子：當(dāng)人們駕駛汽車時，向前直行和向后倒車是第一維，向左或向右轉(zhuǎn)彎是第二維，在山路上爬坡和下坡是第三維，那么時間就是第四維。對于物理學(xué)家來說，時光隧道也許就是蟲洞。

那么究竟什么是蟲洞呢？打個比方，一張攤平的紙上有A、B兩點，連接兩點的最短距離是直線。有沒有更短距離？當(dāng)我們把這張紙卷曲起來，用筆把A點捅破，伸出去再把B點捅破，只要紙的卷曲度足夠大，那么將A點與B點相連的距離就可以比平面上的直線距離更短，甚至短得多。究其原因，先前的最短距離是對于二維平面來說的，而后來的更短距離則利用了第三個維度。

相對論認(rèn)為，時間和空間是緊密關(guān)聯(lián)的，三維的空間和一維的時間組成的統(tǒng)一整體就是四維時空。我們所在的四維時空充分彎曲，有可能形成存在于更高維度中的蟲洞。穿越蟲洞，就能以遠(yuǎn)比通常的直線運動快得多的方式從宇宙的一處到達(dá)另一處。

那么，四維時空是否會彎曲呢？從常識看，說空間會彎曲似乎是天方夜譚。然而，廣義相對論告訴我們，大質(zhì)量物體會引起時空彎曲。再次拿二維平面做類比，假設(shè)世界是一張拉平的橡皮膜;把一個大質(zhì)量鉛球放到膜上，橡皮膜便凹陷下去，出現(xiàn)明顯的彎曲;原本在膜上做直線運動的小質(zhì)量高爾夫球到達(dá)這一區(qū)域，便會改變運動軌跡，在彎曲空間做曲線運動。

同樣道理，大質(zhì)量物體也會造成四維時空的彎曲。質(zhì)量越大，彎曲程度越大，相關(guān)數(shù)據(jù)可用廣義相對論的引力場方程算出來。在彎曲時空中，如果存在蟲洞，人類進(jìn)入后就可能完成“星際穿越”。影片中幾名宇航員乘飛船在蟲洞中只過了一會兒，就到達(dá)了另一個星系。

蟲洞不但是星際穿越的管道，還可能是“時間隧道”。實驗已證明，在強引力場或高速運動狀態(tài)下，時間流逝會變慢。如果A點和B點相距20光年，而蟲洞讓人用1年時間就從A點到達(dá)B點，這個速度就超越了光速。比光運動得更快，使人能夠“追”上已逝去的光景，重見早先的情形，也就是回到了過去。

蟲洞在自然界中是否存在，科學(xué)界尚無定論，至少目前還未發(fā)現(xiàn)蟲洞存在的證據(jù)。通過蟲洞能否回到過去，也是理論物理學(xué)界爭論的一個問題。

除了建造時間機器存在技術(shù)困難，物理學(xué)家和邏輯學(xué)家還提出了時光旅行可能帶來的各種悖論，這也是有人不承認(rèn)時光旅行可行性的一個理由。最著名的理論莫過于“外祖母悖論”：你回到過去，在你母親出生前將你的外祖母殺死，那么你就不可能出生了。因此你絕不可能在時間上回到過去殺死你的外祖母。根據(jù)邏輯一致性的思想，這件事情是不可能發(fā)生的。

冷凍休眠能實現(xiàn)嗎？

在茫茫宇宙中，地球也不過是一顆沙塵，而人類連微塵都算不上。在人類有限的百年時間中，如何穿越無以計數(shù)的光年，進(jìn)行星際旅行呢？一個理論是冷凍休眠，就是出發(fā)時將人體冷凍至休眠狀態(tài)，降低人體的代謝，從而延緩衰老，在到達(dá)目的地后，再解凍人體。在電影《星際穿越》里，漫長的太空旅程途中，宇航員可以進(jìn)入休眠水床休眠，并自行設(shè)定喚醒時間。雖然理論上有可行性，但是目前從技術(shù)上來看，人類還不能做到冷凍休眠并將其喚醒。

生命世界基本上屬于一個化學(xué)世界，而化學(xué)反應(yīng)的速度總是隨著溫度的下降而減緩，并最終停止。從理論上說，生命的進(jìn)程應(yīng)該也可以隨著溫度的下降逐漸減緩并最終定格，然后再隨著溫度的回升而再次復(fù)蘇。但更多的動物和植物則對低溫十分敏感，它們的生命在寒風(fēng)中飄逝，再也沒有醒來的機會。

人類低溫休眠，是指在極短的時間內(nèi)，將人類冷凍到-196℃，讓細(xì)胞停止活動，無限延長人類的生命周期。從理論上來講，低溫休眠可以做到，但是目前從技術(shù)上還無法實現(xiàn)喚醒。主要問題是當(dāng)人體溫度降到-5℃時，細(xì)胞內(nèi)的水分就會凍結(jié)并形成冰晶。這些冰晶會穿透細(xì)胞膜，導(dǎo)致嚴(yán)重的組織損傷。

不過未來這項技術(shù)可能會成為現(xiàn)實。現(xiàn)在世界上已經(jīng)有數(shù)家機構(gòu)提供人體冷凍技術(shù)，主要是為身患絕癥之人提供服務(wù)，以待未來攻克難題之后再將其解凍救治。

時間變慢能實現(xiàn)嗎？

中國古代神話中經(jīng)常出現(xiàn)“天上一日，地上一年”的情節(jié)。《星際穿越》中，宇航員庫珀和女科學(xué)家布蘭德降落在名為米勒的星球上，星球上的1小時相當(dāng)于地球上的7年。從理論上來講，時間變慢并非不可能。根據(jù)相對論，當(dāng)人以接近光速的速度移動時，時間便會變慢。這種現(xiàn)象已經(jīng)得到驗證。例如，登上月球的宇航員移動速度超過地球上的人，他們的衰老速度略慢于地球上的人，但還沒有達(dá)到顯而易見的程度。中山大學(xué)天文與空間科學(xué)研究院院長李淼認(rèn)為，《星際穿越》里時間變慢是靠譜的。巨大的質(zhì)量密度能夠?qū)е驴臻g彎曲，也能導(dǎo)致時間彎曲。在黑洞附近，時間彎曲的表現(xiàn)就是時間流動變慢。如果移動的速度接近光速，時間變慢便成為可能。只不過，在目前的技術(shù)下，讓速度接近光速仍然很難實現(xiàn)。

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