科學家提出五個理論上可能實現的科幻小說概念，這些常見的科幻題材有朝一日可能成為現實。

蟲洞圖像

藝術家繪制的蟲洞圖像。

科幻小說和電影里充斥著各種異想天開的點子，它們中的大多數經常會引發(fā)一場精彩絕倫的冒險，而不是從科學或技術角度對未來趨勢做嚴謹的預測。一些最常見的科幻題材，例如在幾秒之內把航天器加速到難以置信的速度而不壓垮里面的人，當我們理解了物理定律之后就會知道它們幾乎是不可能的。然而，同樣的物理定律似乎允許其他不著邊際的科幻概念存在，例如蟲洞和平行宇宙。下面是一些可以真正實現的科幻想法的概述——至少在理論上是這樣。

蟲洞

在特定的重力條件下穿越蟲洞成為可能。

蟲洞這一構想——一條允許在宇宙中相距甚遠的不同部分之間進行瞬時穿梭的捷徑——聽起來好像是作為虛構故事的驅動力而創(chuàng)造出來的。但早在科幻小說家掌握它之前，蟲洞便以它更正式的名字——愛因斯坦—羅森橋作為一個嚴謹的理論概念存在了。蟲洞這一概念來自愛因斯坦的廣義相對論，而該理論將引力看做是大質量物體引起的時空畸變。在與納森·羅森的合作下，愛因斯坦在1935年從理論上證明引力極強的點，例如黑洞，是可以直接相互聯通的。也因此蟲洞的概念應運而生。

黑洞周圍的引力會摧毀任何靠近它的人，所以實際上直到19世紀80年代，天文學家卡爾·薩根決定寫一本科幻小說之前，穿越蟲洞這一想法并沒有被認真考慮過。按照BBC的說法，薩根鼓勵他的同事基普·索恩構思一個在一瞬間進行星際穿越的可行方法。索恩及時地提出了一個想法——在理論上可行，但實踐上幾乎不可能——那就是人類可以通過毫發(fā)無傷地穿過蟲洞來實現星際旅行。他們討論的結果被卡爾·薩根寫入他的小說《接觸》（?西蒙與舒斯特公司，1985年），隨后小說被改編成了由朱迪·福斯特主演的電影。

雖然蟲洞不大可能會成為電影中演繹的那種簡單快捷的交通工具，但是現在科學家們想出了比索恩最初的建議更加可能的方式來建造一個蟲洞。如果宇宙中已經存在蟲洞，那么我們也可以用新一代的引力波探測器來定位它們。

曲率飛行

理論上，如果你能夠操縱飛船周圍的空間，你就有可能超過光速。(圖源：EDUARD MUZHEVSKYI / SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images)

大多數太空探險都有一個重要的前提條件，那就是以我們今天遠不能及的速度從A到達B。撇開蟲洞不談，單是傳統的宇宙飛船想要實現這一目標就有許多技術困難。飛船需要巨量的燃料，需要考慮加速的擠壓效應，而且實際上宇宙還有一個嚴格規(guī)定的速度限制。這就是光的傳播速度——每年正好走一光年，但總的來說在宇宙尺度下并不算快。比鄰星是離地球第二近的恒星，距離太陽4.2光年，而銀河系的中心與太陽之間的距離達到了驚人的27000光年。

幸運的是，宇宙的速度限制有一個漏洞：它只規(guī)定了我們進行太空旅行的最高速度。正如愛因斯坦解釋的那樣，空間本身是可以被扭曲的，所以以操縱飛船周圍空間的方式來打破速度限制是有可能的。太空飛船仍將以低于光速的速度穿越周圍的空間，但空間本身的速度會比光速還快。

這就是《星際迷航》的作者們在19世紀60年代提出“曲率飛行”這一概念時的想法。但對于他們來講它也只是一個聽起來不錯的點子，并不算是真正的物理模型。直到1994年，報道稱，理論學家米給爾·阿庫別瑞發(fā)現了愛因斯坦方程式的一種解決方案，它可以產生真正的曲率驅動效果，壓縮宇宙飛船前方的空間并在飛船后方擴展開來。首先，阿庫別瑞的解決方案和索恩提出的可穿行蟲洞一樣巧妙，但科學家們正嘗試改進它，希望有朝一日可以付諸實踐。

時間旅行

有關時間和時空的想象圖

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

廣義相對論認為回到過去是可能的。

時間機器這一概念是科幻小說里眾多優(yōu)秀的劇情道具之一，它能夠帶領角色回到過去并改變歷史進程——為了使其更好或更壞。但它不可避免地會引發(fā)邏輯悖論。舉個例子，在電影《回到未來》中，如果借由布朗博士制作的時間機器回到過去的馬提并沒有拜訪他，那么博士還會制造時間機器嗎？正是因為這樣的悖論所以許多人認為時間旅行在現實世界中是不可能的——然而，根據物理學定律，它確實可以發(fā)生。

就像蟲洞和空間翹曲一樣，愛因斯坦的廣義相對論告訴我們可以回到過去。廣義相對論認為空間和時間都是相同“時空”連續(xù)體的一部分，而且它們之間有著密切的聯系。就像我們討論通過蟲洞和曲率飛行來扭曲空間那樣，時間也可以被扭曲。有時候時間被扭曲得如此嚴重，以至于它與自己重疊在一起，科學家稱之為“閉合類時曲線”——認為它可以準確地稱為時間機器。

物理學家大衛(wèi)·劉易斯·安德森描述了私人實驗室安德森研究所的研究，他說物理學家弗蘭克·蒂普勒在1974年發(fā)表了一份關于時間機器的概念設計。它被稱作蒂普勒柱體，必須很大——根據漢博所說，至少60英里（97千米）長，而且密度極大，總質量可以與太陽相比。為了發(fā)揮時間機器的效能，這個柱體必須高速旋轉到能夠扭曲時空使得時間重疊的地步。這聽起來可能不比往DeLorean汽車里安裝一個能量電容器來的容易，但它確實有一個優(yōu)點，那就是它確實會起作用——至少理論上是這樣。

傳送

2002年《星際迷航》探險展覽?？苹脛『碗娪坝脗魉妥鳛閷⑷宿D移到新地點的簡易方式，但現實卻遠非如此。（圖源：Scott Barbour / Staff via Getty Images）

有關傳送的典型科幻例子是電影《星際迷航》中的運輸機，顧名思義，它可以方便地將機組人員從一個地方運輸到另一個地方。但是傳送與其他任何形式的傳輸都截然不同：傳送技術在終點創(chuàng)造出一個精確的復制體的同時，本體將會在起點堙滅，而不是旅行者在空間中從起始點傳輸到目的地。從這些角度來看——而且在亞原子粒子而不是人類的水平上——IBM認為傳送確實是可能的。

與之對應，現實世界的這一過程叫做量子傳輸。這一過程精確地將一個粒子例如光子的量子態(tài)，復制到另一個也許幾百英里遠處的粒子上。量子傳輸會使得第一個光子的量子態(tài)發(fā)生坍塌，所以看起來好像真的是神奇地將光子從一個地方傳送到了另一個地方。這個把戲基于愛因斯坦提到的“鬼魅般的超距作用”，但它更經常被人們熟知為量子糾纏。如果要“傳送”的光子與一對糾纏的光子其中之一發(fā)生接觸，并將測量到的量子態(tài)發(fā)送到接收端——即另一個糾纏的光子所在地——那么后一個光子會切換到與傳送的光子相同的量子態(tài)。

即使只是一個光子這個過程也很復雜，而且也沒有辦法擴大到和《星際迷航》里的即時傳送系統一樣的規(guī)模。即便如此，量子傳輸在現實世界中仍有非常重要的應用，例如用于防黑客通信和超快速量子計算。

平行宇宙

泡泡宇宙，藝術家描繪的多元宇宙

我們通過望遠鏡來揭開宇宙的面紗——所有從大爆炸開始便向外膨脹的數百萬星系。但那就是全部嗎？理論證明事實也許并非如此：在我們的宇宙之外也許有一個完整的多元宇宙。“平行宇宙”的概念是另一個被人熟知的科幻主題，但它們在熒幕上的形象通常只在細枝末節(jié)上與現實不同。但實際上也許會比那詭異得多，平行宇宙中的物理基本參數——例如重力或核力的強度——與我們宇宙是不同的。一個典型的例子便是艾薩克·阿西莫夫在《神們自己》（道布爾迪出版社，1972年）一書中描繪了這種截然不同的宇宙以及生存在其中的生物。

現代人理解平行宇宙的關鍵是“永久膨脹”這一概念。它描繪出無限的空間結構永遠處于一種快速膨脹的狀態(tài)。在空間中，不時會有一個局部的點——一個自成一體的大爆炸——不再以一般而是更平穩(wěn)的速度增長，而物質如恒星和星系便在其中形成。按照這一理論，我們的宇宙正是這樣一個區(qū)域，但也許還會有其它無數和我們一樣的區(qū)域。

正如阿西莫夫小說所描寫的那樣，這些平行宇宙有著與我們完全不同的物理參數?？茖W家們一度認為只有和我們擁有幾乎一樣參數的宇宙才可以孕育生命，但是先前報道稱，最近的研究表明事實上可能并無這樣的限制。所以阿西莫夫所描繪的外星人仍有可能存在——盡管并不能和小說里那樣與它們建立聯系。然而，或許可以通過別的方式探測到其他宇宙存在的痕跡。英國利物浦約翰摩爾大學的天文學教授伊凡·鮑德里在《對話》中寫道，甚至有人認為宇宙微波背景輻射中神秘的“冷點”便是與其他平行宇宙碰撞留下的傷痕。

BY: Andrew May

FY: 天文志愿文章組

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