上天入地的穿越之旅

秦建

穿過(guò)地心的超級(jí)地鐵

在電影《全面回憶》中，一條長(zhǎng)達(dá)1.3萬(wàn)千米的“墜道”穿過(guò)地心，乘客坐上列車，可以在17分鐘內(nèi)抵達(dá)地球的另一端。這可真是個(gè)驚世駭俗的構(gòu)想。要知道，飛機(jī)飛到地球另一端，得需要22個(gè)小時(shí)，因?yàn)槭茄刂蛎骘w了一個(gè)弧線，“墜道”則是抄近路的典范。事實(shí)上，墜道并不違反現(xiàn)有任何物理定律，當(dāng)然，想要真正實(shí)現(xiàn)，有無(wú)數(shù)的工程難題等著科學(xué)家去解決。

假設(shè)“墜道”真的建成了，你從一個(gè)入口跳進(jìn)去，會(huì)發(fā)生什么呢？這取決于“墜道”連接的是地球表面哪兩個(gè)地方。如果是南北極，重力會(huì)使你不斷加速，只需要13分鐘，你就會(huì)以時(shí)速35000千米進(jìn)入地心。在地心，你會(huì)處于航天員在太空中的失重狀態(tài)，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候你受到來(lái)自地球各個(gè)方向的拉力是相等的。一旦你越過(guò)地心，你的速度就會(huì)慢下來(lái)，直到你平穩(wěn)地到達(dá)地球的另一端，整個(gè)過(guò)程只耗時(shí)37分鐘。

為什么要強(qiáng)調(diào)是連接南北極的“墜道”呢？這是因?yàn)椋B接其他地點(diǎn)的“墜道”會(huì)受到科里奧利效應(yīng)的影響。地球在不停旋轉(zhuǎn)，你跳下“墜道”之后，很快就會(huì)因?yàn)榈厍虻男D(zhuǎn)而撞到“墜道”的墻壁上。當(dāng)然，要克服這一點(diǎn)也很容易，如同電影《全面回憶》里一樣，用附加動(dòng)力來(lái)抵消科里奧利效應(yīng)。

電影《全面回憶》中的城市

連接遙遠(yuǎn)星系的蟲(chóng)洞

科幻電影中地球離開(kāi)公轉(zhuǎn)軌道

通過(guò)蟲(chóng)洞穿越星際

在電影《星際穿越》中，穿過(guò)蟲(chóng)洞能使主人公庫(kù)柏等人在極短的時(shí)間里抵達(dá)一個(gè)遙遠(yuǎn)的陌生星系。

那究竟什么是蟲(chóng)洞？它為什么會(huì)有這樣奇妙的作用呢？1935年，物理學(xué)家愛(ài)因斯坦和內(nèi)森·羅森根據(jù)廣義相對(duì)論，提出了一種連接兩個(gè)黑洞的通道的概念——愛(ài)因斯坦一羅森橋。

1955年，美國(guó)物理學(xué)家約翰·惠勒在研究愛(ài)因斯坦一羅森橋的數(shù)學(xué)模型時(shí)，證明有可能將宇宙中的兩處不同區(qū)域連接起來(lái)。惠勒認(rèn)為愛(ài)因斯坦-羅森橋不像橋，更像是蟲(chóng)子咬穿蘋果后留下的洞。一只螞蟻從蘋果的一端到另一端有兩個(gè)選擇，一是繞著蘋果彎曲的表面爬過(guò)去，二是咬穿蘋果鉆過(guò)去，顯然后者更難，但速度更快。想象一下，在更高緯的空間里，如果我們所處的三維時(shí)空就像是蘋果皮一樣彎曲著的，那么穿越高維空間實(shí)體的“蟲(chóng)洞”，必然可以讓我們更快地在三維空間中的兩個(gè)點(diǎn)之間往返，“蟲(chóng)洞”這一風(fēng)靡世界的術(shù)語(yǔ)由此誕生。

1987年，加州理工學(xué)院理論物理學(xué)家基普·索恩和他的兩名研究生一起，證實(shí)了蟲(chóng)洞可以打開(kāi)，但需要足夠多的某種具有負(fù)能量的物質(zhì)。什么是負(fù)能量呢？真空中的量子漲落具有能量，如果某物質(zhì)的能量低于周圍空間的量子漲落能量就說(shuō)這個(gè)物質(zhì)具有負(fù)能量。

不幸的是，這樣制造出來(lái)的負(fù)能量實(shí)在太微不足道，根本無(wú)法用于維持蟲(chóng)洞的開(kāi)放。事實(shí)上，維持蟲(chóng)洞的開(kāi)放需要巨大的負(fù)能量，其總量幾乎相當(dāng)于一顆普通恒星在一年中釋放出的全部能量。迄今為止，蟲(chóng)洞依然是寫(xiě)在紙上的美好傳說(shuō)。

行星即是飛船

在科幻電影《流浪地球》中，當(dāng)太陽(yáng)突然老化、氦閃隨時(shí)可能發(fā)生時(shí)，人類團(tuán)結(jié)一心，決定把整個(gè)地球作為飛船，逃到比鄰星去。要知道，無(wú)論是讓地球停止自轉(zhuǎn)，還是離開(kāi)原先的軌道，亦或是讓地球向著太陽(yáng)系之外飛去，都需要最為強(qiáng)勁的動(dòng)力。

在聯(lián)合政府的領(lǐng)導(dǎo)下，人類傾盡全力在亞歐大陸上建造一萬(wàn)多座行星發(fā)動(dòng)機(jī)，又在赤道上建造了數(shù)十座功率更為強(qiáng)大的轉(zhuǎn)向發(fā)動(dòng)機(jī)。這些11千米高，直徑20～30千米的發(fā)動(dòng)機(jī)能量來(lái)自“重聚變”。這里的“重聚變”是指在極端高溫高壓下，重元素也能進(jìn)行核聚變。

地殼里含量最高的元素就是氧和硅，分別占49%和26%。有了重聚變技術(shù)，人類就可以把挖出來(lái)的石頭扔到發(fā)動(dòng)機(jī)里變成能量，用能量推動(dòng)地球。每臺(tái)行星發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生150萬(wàn)億噸的推力，一萬(wàn)多座行星發(fā)動(dòng)機(jī)足以在5年左右將地球推進(jìn)到第三宇宙速度——脫離太陽(yáng)引力最低速度的16.7千米/秒。

重聚變的質(zhì)能轉(zhuǎn)換效率極高，輸出能量極大，然而地球?qū)嵲谑翘筇亓恕Ｗ顦?lè)觀的估計(jì)，要使地球達(dá)到第三宇宙速度，必須燒掉了億億噸的石頭，相當(dāng)于把全球的地面挖掉40米作為燃料。等2500年航程結(jié)束，泊入比鄰星軌道時(shí)的地球還剩多少呢？

雖然從現(xiàn)在的技術(shù)條件來(lái)看，“墜道”“蟲(chóng)洞”“行星飛船”等都是科幻電影中大膽的想象，并不能真正實(shí)現(xiàn)。但在將來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，它們也可能變成現(xiàn)實(shí)。要知道，當(dāng)初沒(méi)有人相信人類能夠制造出比空氣重得多的飛行器來(lái)啊。

（責(zé)任編輯/黃盈盈 美術(shù)編輯/李子夜）