第2章 1月：科学(2)

近一个世纪以来，人们想把独立含碳分子（如液体苯）压缩成一种有序的类钻石纳米材料，一直未能成功。这次，研究人员动用了橡树岭国家实验室的大型高压装置，压缩了含6个碳原子和6个氢原子的苯分子。在压缩过程中，扁平的苯分子堆积在一起、弯曲、断裂，然后随着压力的缓慢释放，原子以一种完全不同、却仍高度有序的方式重新连在一起。碳原子形成四面体结构，氢原子“挂在”外面，四面体互相连接，形成了细长的纳米线。制造纳米线所需的高压限制了它的生产规模，目前一次只能生产几立方毫米，所以还不足以用于工业量级。下一步的目标是解决这个制造难题，让钻石纳米线能在更易实现的条件下生产。

拜丁说，用苯分子的自然排列引导形成这种新的钻石纳米线，也让以碳氢为基础制造更多其他类分子成为可能，比如添加其他原子，让它们与纳米线结合。通过挤压预先设计的液体配方，就能造出大量不同的材料。钻石纳米线可以使许多行业获得巨大改进，比如超强而轻质的线缆，使建造三万多公里长的太空电梯成为可能。

四、星际迷航

宇宙，人类最后的边疆。这是星舰“企业”号的航程。它持之以恒的任务，是去探索未知的新世界，找寻新的生命和新的文明，勇敢地航向前人所未至的领域。

——电影《星际迷航》，1979

科幻电影《星际迷航》中曾经提到一种冲量引擎，它无需化学燃料即可驱动飞船飞行。现在，美国宇航局的一个研究团队号称证实了这种引擎的可行性。

2014年7月末，在第50届联合推进技术大会上，来自美国宇航局约翰逊航天中心的研究团队展示了这一引擎的测试结果。该团队报告称，他们探测到引擎产生的30至50微牛顿的推力，相当于让一根羽毛飘浮起来所需的力量。考虑到他们的装置是一个能测量一微牛顿力的扭摆，这个力已经算是不小了。这就像是用一个精确到20克的厨房秤来称东西，结果读数为一公斤。也就是说，有东西让指针发生了显著移动。

这种引擎的概念来自于物理学家麦克斯韦1871年进行的一项计算，他提到光子会施加一种微小但可测的压力。各国航天机构已经计划发射拥有巨型太阳帆的空间探测器，凭借太阳风将其吹送到太阳系中最边远的地方。欧洲伽利略卫星导航系统顾问罗杰·索耶把这个构想推向了新高度，提议利用这种力量制造引擎。基本原理是，沿着一条管道反射微波，管道长度与微波频率相对应，可使两者相互加强。若一端较宽，那么微波在管壁的反射次数减少，因此可对这一端施加更大的力量。如果微波引擎真的取得成功，其影响将是革命性的。它将首先被应用于卫星，利用太阳能电力来驱动微波引擎，大幅削减交通工具的燃料成本，“让机翼与轮子寿终正寝”。

然而，科学家们纷纷站出来给这篇论文泼冷水，他们认为该引擎违反了动量守恒定律。他们将Cannae Drive（名称源于“企业”号飞船首席工程师口头禅：“物理定律是不能改变的”，又称电磁引擎）与之前的常温核聚变和超光速中微子相提并论，认为其根本不可能实现。加州理工学院物理学家肖恩·卡罗尔说：“通过量子真空虚拟等离子体实现推进式动量传递是荒谬的技术呓语，比《星际迷航》中的科幻想象更不实际。”

虽然部分解释让人无法信服，但Cannae Drive的实验结果却令人好奇。论文的作者说，此实验是要证明运用传统磁等离子体动力学原理，通过量子真空虚拟等离子体实现推进式动量传递的可行性。对科学家来说，失败并非一无是处，弄明白一项实验的失败原因往往和弄明白实验的成功之处几乎同样重要。对太空迷来说，仅有太空电梯还不够，当你被提升到地球同步轨道后，总想再去更远点儿的地方，要是这种电磁引擎研制成功，目的地从冥王星到参宿四任你选择。

五、回到未来

路？我们要去的地方不需要……路。

——布朗博士，《回到未来》，1985

2014年6月，《自然·通信》杂志发表的论文指出，在量子层面上“外祖父悖论”是可以得到解决的。

澳大利亚昆士兰大学的研究团队，使用光子来模拟进行时间旅行的粒子行为。通过对光子行为的研究，科学家们揭开了现代物理中一些怪诞的方面。在模拟中，研究人员考察了进行时间旅行的一粒光子的两种可能结局。科学家们想知道这粒光子与更早之前的“自己”之间会发生什么。

在实验中，科学家们设置了一种虚构的情景，即假设一粒光子穿越了正常的时空，并与被困在闭合类时空曲线的虫洞中的另一粒光子发生相互作用。然后，通过对第二粒光子行为的模拟，让他们得以获知第一粒光子的行为，结果显示，只要对第二粒光子进行适当的处理，就有可能引导第一粒光子发生相应变化。要想在量子层面上进行操作，必须尽量选用尽可能微小但却能独自存在的粒子，比如说光子。

将上述内容替换为外祖父悖论的说法，就是你穿越回过去，阻止未婚的外祖父与未来的外祖母相遇，现在的你的确会发生一些变化。

显然活人是没法缩小到光子那么小来进行时间旅行的，但已经有人踩着悬浮滑板体验《回到未来》中的拉风感觉了。在科幻电影《回到未来》第二部里，马蒂踩着一块悬浮滑板逃过了一劫。2014年，美国建筑师亨德森让它变成了现实，他开发了一款滑板，具有4个能提供磁场的“悬浮引擎”。只有当滑板下方存在金属导体时，这些引擎才能发挥作用，产生彼此互相排斥的磁场。这块悬浮滑板足够支撑130千克的重量。运用相似技术的磁悬浮列车每米轨道的造价达到了75万美元。悬浮滑板金属轨道成本“仅有”每米1万美元。有商业头脑的公司已推出了一个售价299美元的“悬浮引擎开发者工具箱”，购买者可以将悬浮组件取出，安装在任何想要让其悬浮的物体上。该组件可以承载28千克的重量，一块电池大约能悬浮7分钟。

六、神的九十亿个名字

上帝、耶和华、安拉……这些都是人造的符号，神真正的名字是不可呼唤的……

——阿瑟·克拉克：《神的九十亿个名字》，1953

现代宇宙学的一个重要理论是宇宙诞生于创世大爆炸。大爆炸不仅仅是理论，还被众多的天文观测证据所支持，这些证据包括宇宙微波背景辐射和宇宙的持续膨胀。但大爆炸的起源仍然是一个谜团。宇宙学家提出的一种解释是宇宙是自发形成的，大爆炸是真空量子涨落的结果。这听起来有道理，但无人能证明它。好在中科院武汉物理与数学研究所的研究人员在2014年发表论文，用数学证明宇宙确实是源自虚无的真空。

20世纪上半叶，一些宇宙学家试图将量子力学和广义相对论结合起来，但都徒劳无功。物理学家约翰·惠勒和布莱斯·德维特提出的“惠勒-德维特方程”就是量子引力/大一统理论的一个数学框架，其核心是海森堡测不准原理。亚稳态假真空的波动有可能允许一个微小的真空存在，这种现象发生之后，会出现两种可能性：如果真空泡没有快速膨胀，它会立即消失；如果真空泡膨胀到足够大，宇宙的诞生将是不可避免的。这篇论文证明了微小的真空泡一旦出现，就有机会以几何级数膨胀，形成宇宙。

用数学证明宇宙的起源问题，与僧侣穷举神祇所有可能的名字一样奇妙。现在的问题是，如果数学家用新的方程证明了我们的宇宙本不该存在，会发生些什么呢？

【责任编辑：杨枫】