威尼斯人网上注册:《星际迷航》里的物理学

作者简介

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(美国)劳伦斯·M.克劳斯美国著名理论物理学家、评论家和备受赞誉的科普作家。是宇宙学和天体物理学研究领域备受推崇的国际领导者,凯斯西储大学的教授和教育与研究中心主任。出版了多部具有影响力的科普作品,著作《无中生有的宇宙》曾获2011年美国最佳科普图书奖。他还是纽约时报的评论家,被《科学美国人》杂志誉为“罕见的公共知识分子”。

内容简介

  正如《星际迷航》中,戴达说过的那样:“一切有可能发生的事情,最终都发生了。”在探索《星际迷航》里的物理学时,需要我们思考的并不是可操作性与不可操作性,而是这些科幻设想在未来的可能性与不可能性。   本书以《星际迷航》中的科幻内容作为引子和起点,从严谨的物理学的角度,探寻曲速飞行、时空旅行、纯能量体、隐形技术等一系列科学幻想的可能性与不可能性。涉及的理论从牛顿力学到相对论,从量子力学到弦论,从多维空间到黑洞,描绘出一幅现代物理学和宇宙学的宏伟图景。

目录

  序言 ………… 001   自序 ………… 004   修订版自序 ………… 006   第一部分 一场宇宙级别的纸牌游戏   我首先会介绍惯性阻尼器和牵引光束,进而引出时空旅行、翘曲速度、护盾、虫洞,以及各种和时空有关的奇异概念。   第一章 牛顿开启牌局 ………… 011   第二章 爱因斯坦加注 ………… 020   第三章 霍金亮出底牌 ………… 038   第四章 戴达结束牌局 ………… 061   第二部分 无处不在的物质   在这部分中,大家会遇到传送光束、曲速引擎、二锂晶体、物质- 反物质引擎和全息甲板。   第五章 传送原子,还是比特? ………… 073   第六章 正反物质与曲速引擎 ………… 099   第七章 全息甲板和全息图 ………… 112   第三部分 谁在作祟?是无形的宇宙,还是夜间的幽灵?   我们会讲到一些未来可能会有的、但以目前的科技水平还见不到的一些东西,包括地外生命、多维时空,和一个融合了各种物理可能性和物理不可能性的奇异世界。   第八章 寻找斯波克 ………… 123   第九章 各种可能性 ………… 145   第十章 各种不可能性:无法触及的国度 ………… 174   后记 ………… 189   致谢 ………… 191

序?言

戴达邀请牛顿、爱因斯坦和我一起参加进取号上的这场纸牌游戏,对此我感到有些受宠若惊,因为他们两位都是引力研究领域的大师,尤其是那个不相信概率,或者说不相信上帝会掷骰子的爱因斯坦。在游戏中一直处于下风的我,现在突然有了一个扭转牌局的大好机会。然而即便我赢了这场游戏,也没有机会拿到应得的奖金。因为此时有人拉响了红色警戒,这场游戏不得不宣告中断。事后我曾试图联系派拉蒙影城,想让他们把我手中剩余的筹码兑换成现金,不过他们以不清楚这两者之间的兑换比例为由,委婉地拒绝了我。(译者注:霍金曾出演过《星际迷航》第六季最后一集)

《星际迷航》这类科幻作品在娱乐大众的同时,也被赋予了另一个严肃的使命—开拓人类的想象力。我们目前可能没有什么办法去探索那些宇宙中的荒漠,但我们至少能够在大脑中想象这些场景。我们不仅可以推测未来科技的发展方向,甚至可以大胆设想人类会对这些科技发展做出怎样的回应。其实科幻作品和科学发展之间是相互影响、相互作用的。科学家有时会借鉴科幻作品中的一些设定,并把它们运用到真实的科学理论当中;有时则会发现一些比科幻作品还要奇幻的科学理论。“黑洞”就是个很好的例子。其实最初它不叫黑洞,而是被叫作“冻成一坨的星域”,或是“一坨引力完全坍缩的物体”。“黑洞”这个简短但意境深邃的名字,是受物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒的启发,而更改过来的。如果科学界沿用了之前拗口的名字,那么与之相关的科幻作品,可能连现在的一半都没有。

在《星际迷航》和许多其他科幻作品中,都有一个共同的重要设定,那就是超光速旅行。的确,这个设定对整个《星际迷航》的故事构架来说是不可或缺的。假如现在进取号的飞行速度受到了限制,只能和光速保持同样大小,那么就会出现一种奇异的时空现象—对于同样的一段往返银河中心的旅程,从进取号船员的角度来看,不过是短短几年;而从地球上的角度来看,将是漫长的8万年!当你回到地球上打算拥抱阔别已久的家人时,你会发现一切都已沧海桑田,物是人非。

幸运的是,爱因斯坦的广义相对论为我们提供了一个可能的解决方案:人类可以尝试将时空弯曲化,进而创造出一个直达目的地的捷径。尽管这样做会涉及复杂的负能量问题,但我相信人类在未来可以解决掉这些困难,最终掌握弯曲时空的能力。之所以目前没有关于弯曲时空的、令人信服的科研成果,在我看来,是因为这些事情过于虚幻—一旦人类成功地弯曲了时空,那么我们将不仅能够进行快速的星际旅行,甚至还能够让时光发生倒流,这分明就是科幻作品里才会出现的情节。假如美国国家科学基金会出资,支持科学家研究时空旅行这件事儿被泄露出去,那么来自大众的怨声将不难想象—“这不是浪费我们纳税人的钱么!”正是因为考虑到了这一点,在这个领域工作的科学家们才会不遗余力地、试图用“封闭类时曲线”之类的科学名词作为“时空旅行”的暗语,来掩饰自己真实的工作内容。然而事实上,今天的科幻情节,经常会成为明天的科学事实。因此《星际迷航》中涉及的那些物理现象,非常值得我们深入探究一番。宇宙包罗星海,浩瀚无垠。如果我们仅仅把目光停留在这小小的地球上,那么人类的一切文明,也将永远被囚禁于这沧海中的一粟上。

史蒂芬·霍金

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