科幻电影中的物理常理

浅析《星际迷航11》中的物理常理

120301064 刘莹历史系《星际迷航》是根据美国著名科幻影视剧系列《星际迷航》改编的电影，由杰弗里·雅各布·艾布拉姆斯导演。本片是《星际迷航》系列电影第11部，其主要角色为《星际迷航：原初系列》的人物，并由新一代的年轻演员饰演。电影描述了詹姆斯·T·柯克与斯波克在联邦星舰企业号上相遇，并协力对抗未来的罗慕伦人尼罗的情节。

它描述了一个乐观的未来世界，人类同众多外星种族一道战胜疾病、种族差异、贫穷、偏执与战争，建立起一个强大的文明。随后一代又一代的探险家们又把目光投向深邃的宇宙，竞相探索银河系，寻找新的世界、发现新的文明，散播和平与理解。星际迷航11以超凡的视觉效果，一波三折的情节，无愧于继星球大战系列之后的又一部科幻类史诗级大作的称号。

在这部电影中，涉及到了许多物理现象，那么这些现象符合物理常理吗?现实生活中能够实现吗？

1、人工黑洞

电影中，由于超新星的出现，人们创造一个人工黑洞，想通过携带“红物质”（red matter）的飞船“水母号”消灭超新星。然而，黑洞的视界困住了星舰，并把它们送到了过去。在最后被点燃的红物质在纳拉达号的甲板上层制造出了一个黑洞。纳拉达船员们射出并引爆了所有的曲速反应核，爆炸产生的冲击波将星

舰推离了黑洞。这就是人工黑洞的产生。

2、翘曲飞行

为了实现超空间旅行，五花八门的幻想特技在《星际迷航》中轮番上阵——翘曲飞行、虫洞、三维传输器、全息幻觉甲板等等。

对观众来说，翘曲飞行是一种炫技；但对“企业号”来说，这是它的基本技能。为了故事情节的需要，主角必须在光年量级的银河系中，迅速地从地球到达另一星球。

企业号的翘曲飞行，是将普通空间中距离甚远的出发地和目的地，在高维空间上重叠在一起，从而来实现超光速旅行。并且随着企业号的升级换代，这个公式还被不断加入新的参数来进行修正和完善，尽管它从未直接在电视画面中出现过。

科普作家张旭表示，从柏拉图到牛顿再到爱因斯坦，虽然物理学概念理论已经天翻地覆，“但支撑物理学的因果律岿然不动”。比如，炮弹要先打出炮膛才能击中敌人，不可能炮弹先击中敌人再打出炮膛，相对论不允许超光速，“因为超光速破坏因果律，物理的逻辑性就消失了。”

《星际迷航》聪明地使用了翘曲飞行，既不破坏因果律，又实现了超光速。表面上，它是在很短时间里到达光速都到达不了的地方，实际上飞船在负能量密度的奇异物的支持下，改变空间物理结构、建立捷径缩短空间距离，让太空船在时间上“打败光速”航行。

3、虫洞——在宇宙中“穿越”

美国理论物理学家索恩(Kip Thorn)提出的著名“虫洞”理论和翘曲飞行有异曲同工之妙。1916年，爱因斯坦广义相对论发表后的几个月，史瓦西在爱因斯坦引力场方程里发现了一个解——著名的史瓦西解。1935年，爱因斯坦和其学术助手罗森在一篇论文中，把连接宇宙中两个遥远区域之间的假想通道称为“桥”——后来这被称为“爱因斯坦-罗森桥”，也就是“虫洞”。

假设我们生活的普通宇宙是一个苹果，人类是生活在宇宙表面的虫子。他们只有能力在表面爬来爬去，如果有一天他们认识到他们说明的果面是曲面，并且具备了咬穿果面的能力，虫子在苹果里“咬”了一个洞。那么，从一地到另一地的距离就也要比果面距离短很多。我们的宇宙未必就是平直的、朴素的，有可能存在更高维的空间。地球距离织女星是26.5光年，但若通过一条虫洞连接它们的话，也许就才1千米。

不过，以虫洞来进行超光速旅行所面临的问题，那就是怎样保证虫洞的开放时间。索恩的最终设想是以具有“负能量密度”的奇异物作为保持虫洞持续开放的物质条件，由此虫洞将被改造成违背因果律的时间机器用于星际航行。此外，用两个黑洞来作为虫洞也成为一种假设也被提出。

4、光波传送——回到过去，飞往未来

《星际迷航11》中，年少不羁的寇克被分解成“量子”，被放逐到雪地里，遇到怪物袭击，意外地见到了老年史巴克。

寇克的这一奇遇之旅是“企业号”的“光波传送系统”实现的。这一高科技传送装置也是一时间机器，能让企业号的成员到达任何地方。这一装置是虚构的。可为了实现时间旅行，众多的时间机器被设计出来。而其相关理论都源自这样一个观念：和构成空间的三个维度一样，时间也是一个可变的维度。

1905年之前，物理学家们认为，时间如同一支射向未来的箭，射出了就不会转向。而要想让时间倒转，就需要超光速。然而，光速是一个无法逾越的极限。李淼指出，无论是经典力学还是量子力学，光速都是无法超越的。然而也有特殊情况，那就是在量子力学范畴中的纠缠态。量子物理学认为，一对相互作用的微观粒子可能有着某种特定的联系。对其中一个粒子作用，可能同时对另外一个同时产生影响，即使两者已经相距很远。很显然，这种同时作用超越了光速。

与此同时，科学界无数的假说在破解着超光速的难题，从而为时间机器的超光速之旅找到依据。1937年，荷兰物理学家J. van Stockum从爱因斯坦场方程中得到一个解，指出有一根快速旋转而又无限长的柱体重力场。这样一个场将会违反因果律，它允许出现连接两个时空的闭合类时间曲线。1949年，奥地利数学家哥德尔(Kurt Godel)发现一个爱因斯坦场方程的解，描述了一个旋转但既不膨胀也不收缩的全宇宙。从理论上而言，它允许时间旅行。当然，我们观测到的宇宙正在膨胀，但并没有呈现出转动。李淼指出，尽管现在出现了一些对爱因斯坦场方程的解，

但目前对于时间机器的假说中大都是关于这种闭合的类时曲线。

科学与科幻总是在双向推进。出现在科幻影片中的一些高科技正逐渐变成我们的现实。下面就是一些现实中的技术。

（1）军用激光枪

“单兵便携式非致命激光步枪”是由美国空军研究实验室定向能总部研制成功的。它采用一种带有两个不同波长的激光系统可使敌人暂时失明。它与《星际迷航》中的光炮来福枪颇为相似。（2）透明铝盔甲

透明铝盔甲已被美国军方作为一种轻型、高强度材料进行测试。ALON是一种类陶瓷材料，具有非常高的耐压强度和耐久性，比传统玻璃钢材料的性能更出色。《星际迷航》中的透明铝材料与ALON有着相似之处。

（3）语言翻译器

《星际迷航》中“企业”号成员经常会接触星系中其他智能生命，当遇到不同星球的语言时，他们会使用“宇宙翻译器”将外星语言翻译过来。在现实中，美军在伊拉克使用的Phraselator 翻译器也能够进行语言翻译。

《星际迷航》这部电影中还有许多神乎其技的高科技，此间不一一列举，即使现在的科技水平和理论无法实现，单时代的进步总会有人能够实现真正意义上的时空穿越，到达外太空，遨游于星际。