以超光速掠过群星

以超光速掠过群星  作者：陈冰

 

如果你订购的产品在你发出订单或放下电话后，就能从身边一台小巧的设备中立即物化出现，感觉会怎样？当你打算去九寨沟旅游时，你口中念念有词，话音未落，你已经出现在九寨沟五花海的岸边，饱了一上午的眼瘾后，你还可以回家吃午饭，而不必忍受旅游景点不合胃口的伙食。如果世界可以这样，你是不是会激动地浑身发抖？

 

电信业和互联网的发展的确给我们带来了很多的方便，我们现在已经在以光速进行信息交换了。但信息的光速传递却常常会被物质传输速度的低效完全淹没。我们可以进行网上订购，我们也可以进行网上支付，但我们却不能直接从网上接货，至少绝大部分货品是无法从网上直接拿到的，无实体的可下载的产品（例如，软件）除外。我们在现实生活偶尔能够感受到似乎是物质在以光速传输，例如，当我们使用传真机时，对方输入一份文件，我们这边就会输出相同的（至少它们应该是相同的）一份文件。但这只不过是我们的一种错觉，文件本身并没有被传输，它甚至都没有被复制，通过电话线被传输的只是这份文件经扫描后获得的图像数据。

 

那么，我们能否真的实现物体的光速传输呢？比如用光速来传递一个杯子？答案是可能的，但我们大概要采用一些特殊的方式来实现这点，因为我们恐怕无法直接以光速来传递一个杯子，原因是我们无法让杯子以光速运动起来。因为任何杯子都是有质量的（哪怕这个杯子薄的仅由一个原子构成），根据爱因斯坦的相对论，我们知道，当一个物体的速度接近光速时，它的质量将急剧增大，而当它达到光速时，它的质量将达到无限大，从而使得无论多大的推动力都无法使得这个物体再获得加速度，这也就是为什么物体的运动速度不能超过光速的原因。

 

既然直接以光速传递物体变得希望渺茫，我们就得另辟蹊径，能够想到的一种理论上可行的方案是把构成这个物体的所有原子在三维空间中的位置都记录下来，把这些位置信息进行编码，将这些编码的数据加载到作为载波的电磁波上去，然后，我们就可以将这束电磁波发送到目的地，在目的地捕获这束电磁波，将电磁波中承载的信息接收下来，最后，利用目的地当地的原子根据这些位置信息重新构造出这个杯子。从某种意义上说，这个杯子是全新的另一个杯子，因为构成它的所有的原子已经不是构成原先那个杯子的那批原子了，尽管它与原先的杯子从各个方面看都是完全一致的。

 

在原子级别上，一个杯子和一个人没有太多的不同，如果我们能传输一个杯子了，我们就该能传输一个人，所不同的只是传输一个人所需要记录的原子位置更多，大约需要记录1万亿亿个原子在三维空间中的位置，这的确是一个大的不可想象的数字，几十年内我们的计算机都还无法处理这种级别的数据，但这毕竟是一个有限的数据，而且我们已经掌握了纳米技术，已经能够精确的操作单个原子，在将来的某一天，记录下构成一个人的所有原子位置，调制到电磁波中，发送到遥远的彼端，在那里接收这束信息的洪流，获取里面海量的信息，在瞬间利用当地的原子（可以来自土壤、空气等等）装配起这个人是可以实现的。你可能意识到这里出现了一个问题，是的，现在在出发地和目的地出现了完全一致的两个人，看来我们只有在把信息发送出去的同时湮灭初始的那个人才能解决这个棘手的问题。不管怎么说，这个问题牵扯的方方面面太多，我们不在这里讨论。

 

就传输生命而言，在将来首先接受试验的肯定是细菌之类的最简单的单细胞生命，因为它们所含的原子相对很少。让我们假定某个细菌由1000万个原子构成，我们通过上述的传输方法把这个细菌瞬间发送到了月球，利用月球的原子把这个细菌重新装配了起来。有人可能会担心，这个人工装配起来的东西是活的吗？就这么把原子堆积到一起它就能活？毋庸置疑，答案是肯定的。使生命体有别于非生命体的不是原子的不同（原子都是一样的），而是用以组装这些原子的组装图不同。尽管这个细菌是人工装配起来的，但它和原先的细菌完全一样，它就是原先的细菌，如果细菌有记忆，那么这个人工装配的细菌会保留有它过去所有的记忆。它唯一可能感到吃惊的就是，它为什么会突然出现在月球。生命其实就是一种物质的自然状态，只不过是一种可能性很小的状态。在这里，关键的问题是要保证信息传输的准确无误，只要我们按照正确的顺序把原子装配起来，那么，我们装配出一只蚊子，它就能吸血，装配出一个爱因斯坦，他就能讲相对论。

 

在我们的地球范围内，甚至在整个太阳系内，能够以光速传输物质基本上就可以满足需要，尽管光从地球跑到冥王星仍然要跑5个多小时。然而，一旦出了太阳系，空间尺度立即被急剧拉大，要想以光速在恒星系之间传输物质将是无法让人接受的。距离我们最近的恒星也在4.3光年之外，换句话中，如果我们用上面的方式以光速来把一个人发送到距离我们最近的恒星系统中，也需要4.3年的时间。这样的速度我们是不能接受的，我们需要寻求超越光速的方法。要超越光速，量子理论给我们提供了一个可能。

 

对于普通人来说，在什么都没有中显然是不会发生任何事情的。但对于一个量子物理学家来说，什么都没有，实际上就是有某些东西。量子理论控制着可能性与非绝对，统治着任何的物理系统。要预知任何单个原子的行为是不可能的，甚至在原则上也是不可能的，所有物理学家能够做到的就是预知一个大的原子集团的平均特性。同原子一样，量子理论也控制着真空，真空也必须服从量子的不确定性。这意味着事物可以在真空中突然出现，尽管它们趋向于迅速的回归为无影无踪。虽然这种现象还从来没有被直接的观察到，但对电子的磁感应强度的测量强烈地暗示着它是真实的，并且甚至就在此刻它也正在真空中发生着。

 

理论上，任何事物―一条狗、一个人、一座房子、一颗行星―都可以借助量子的这种怪诞的行为而突然物化出现，物理学家们把这称之为一个真空波动。尽管为了守恒定律不被亵渎，概率指出那些小于原子的粒子对―一个正电荷、一个负电荷―是迄今为止最可能出现的作品，并且它们也仅会持续一个极为短暂的时间，典型的是10 ^-21秒。自发出现的能稳定存在的如分子那么大的东西几乎是不可能的。但不管怎么说，这毕竟给我们提出了一个可能，如果我们能找到影响真空波动的一些因素，我们或许就可以瞬时将一个人从地球传输到宇宙的彼端。

 

真空波动是令人激动的，但也的确太不可靠了，我们不能指望每天都被闪电击中而获得电能，同样，我们也要对真空波动保持适可而止的态度。让我们看看还有哪些超光速的现象可以给我们以启示。

 

让我们先来看点大的宏观的超光速现象。目前，我们所能观测到的宏观的超光速现象只有类星体。类星体是20世纪60年代新发现的一类天体。1960年，射电天文学家用当时世界上最大的望远镜观测到一个命名为3C273的射电源，这颗很暗的蓝色星体，尽管看起来象恒星，但又不是普通的恒星，天文学上将其称之为类星射电源，简称类星体。眼下，人们对类星体的认识主要是：一，类星体距离我们很远。大多都距离地球一百亿光年以上；二，类星体飞离速度极大。有一颗类星体OQ72，其速度高达每秒27万公里；三，类星体的亮度极为惊人。如3C273亮度为12.8星等，若把我们的太阳放到其位置上，我们根本就观测不到。四，类星体的体积很小。直径仅有普通星系的1/100000至1/1000000。最令人震惊的是，有些类星体的速度居然超过了光速。1977年以来的发现证实，还是那颗3C273，它的内部有两个辐射源，并且这两个辐射源还在相互分离，其分离的速度竟高达每秒288万公里，是光速的9.6倍。继此之后，人们还相继发现了几个“超光速”的类星体。但由于类星体距离我们实在太远，我们对类星体的观测和研究被极大的限制了，围绕着类星体的大多都是一些推论性的东西。我们现在看到的类星体都是它们100亿年前的样子，有些类星体甚至距离地球200亿光年，那已经接近宇宙诞生的时刻，这些类星体很可能现在都已经消亡了。类星体作为气势磅礴的天体是如何能够无视相对论而以超光速飞行，我们对此还不得而知，我们目前的知识和研究还无法让我们解释这些现象。也许只有在那样遥远的宇宙边缘，也许只有在那宇宙大爆炸的瞬间，当那个蕴藏着整个宇宙能量的奇点轰然爆炸时才能赋予类星体以足够的能量，使其突破光速的阈值。在那个奇点爆炸的瞬间，很可能一切物理学定义都不适用，包括相对论。如果真是那样，我们可能永远都无法使宏观物体以超光速飞行，因为――时机已过。

 

让我们把目光的焦距从100亿光年外调回到眼前。在超光速传输方面，我们最可能做些什么，也最可能获得进展的可能就是量子理论中的超光速影响了。根据量子力学，在相互耦合的微观粒子（如电子、光子等）之间存在某种神秘的超光速关联。如果我们对其中的一个粒子进行测量，另一个粒子将会瞬时“感应”到这种影响，并发生相应的变化，无论它们相距多远。这种量子超光速影响有些类似于我们通常所说的心灵感应，爱因斯坦将它称为“幽灵式的超距作用”，以表示他坚定的不信任态度。然而，大量的科学实验最终判定爱因斯坦的看法是错误的，它们证实了量子力学的预言，并显示了微观粒子之间的确存在神秘的超光速关联和影响，或者说，微观粒子之间的确存在着神秘的“心灵感应”。

 

当量子超光速影响的存在被证实之后，人们便很自然地想利用这种影响来传

递信息，从而实现量子超光速通信。这方面引人注目的努力来自于美国物理学家赫尔伯特，他试图通过复制光子的状态来破译量子超光速影响所传递的信息。然而，他的复制方法很快就被证明是目前的量子力学理论所不允许的。通俗地讲，对于相互耦合的两个微观粒子，尽管我们对其中一个粒子进行测量时，另一个粒子的状态立刻发生相应的变化，但是理论本身却巧妙地禁止我们测量出这种变化。因此，尽管粒子们“进行着超光速通信”，但我们却无法获得这些被超光速传递的信息，当我们试图接近它们时，它们却奇怪地消失了。

 

尽管实现超光速传输还有着许多这样和那样的问题需要解决，但当我们仰望飞鸟时，我们离最终飞向天空其实只有一步之遥。