要飛出太陽系,并非一定要掌握可控核聚變,其實我們還有一條捷徑

1977年,「旅行者1號」探測器發射升空,經過了43年的飛行,現在的它已經飛到了200多億公里之外,早已擺脫了太陽風的侵襲,成為了迄今為止人類所制造的距離地球最遠的物體。這樣的成績看上去是令人感到欣慰的,但假如從太陽系的范圍來看的話,你就會發現,「旅行者1號」探測器所飛行的距離根本就不值一提。

天文學家告訴我們,太陽系真正的邊界是「奧特星云」,這是一個包裹著太陽系的球體云團,其半徑大約為1光年,即9.46萬億公里。也就是說,「旅行者1號」探測器飛了那麼久,其實連太陽系半徑零頭的零頭都沒有飛到,而它要飛出太陽系,還需要上萬年的時間。所以如果要問人類為什麼無法跨越星際,那麼最直接的答案就是人類無法征服宇宙中的距離。

為什麼會這樣呢?我們一般都會認為這是因為人類缺少強大的能量來源,從而無法為飛行器提供足夠的動力,正因為如此,我們才特別期待可控核聚變技術的成功,因為這種技術可以給我們帶幾乎無限的能量。

然而你可能不知道的是,要飛出太陽系,并非一定要掌握可控核聚變,其實我們還有一條捷徑,從理論上來講,人類之所以無法跨越星際,可能只是因為我們缺少一種物質。

這種物質就是「負物質」,注意,「負物質」并不是我們常聽到的「反物質」,它們的區別在于,「反物質」是指與普通物質狀態相反的物質,而「負物質」則是指質量為負的物質。下面我們來看看這種物質有哪些特性。

在給一個物體施加一個力F的時候,這個物體就會具備一個F/M(M指物體的質量)的加速度,其方向與F相同,這是普通物質所表現出來的特性,而對于「負物質」來說,由于它的質量為負數,所以在這種情況下,由「負物質」構成的物體,會具備一個-F/M的加速度。也就是說,它的加速度是與F相反的,比如說當F的方向是向前時,它的加速度方向卻是向后。

我們不難推測出,當普通物質被萬有引力吸引時,「負物質」卻表現為排斥,這就意味著「負物質」是反引力的。但這些都不是重點,重點是如果將普通物質與「負物質」混合在一起,我們就可以得到質量為零的物質,道理很簡單,質量為1公斤的普通物質加上質量為-1公斤「負物質」,其總質量就為零。

想象一下,假如我們擁有一艘質量為零的宇宙飛船會怎麼樣?答案就是我們只需要給它一點點動力,就可以讓它的速度迅速提升,而因為它的質量為零,完全不受相對論的「質增效應」的限制,所以這艘宇宙飛船就可以達到光速。

顯而易見的是,要得到這「一點點動力」并非一定要掌握可控核聚變,事實上這完全可以由我們現在所使用的化石燃料來提供,這就意味著,只要我們找到了這種物質,就可以輕易地飛出太陽系,從而通過這條捷徑完成人類跨越星際的夢想。

看到這里可能有人會說了,這只不過是一個基于數學的推論,實際情況卻是,宇宙中根本就不可能存在這種物質。其實不然,盡管我們現在還沒有關于「負物質」的確切證據,但在過去的研究工作中,科學家還是找到了一些蛛絲馬跡暗示了「負物質」存在的可能性。

首先就是「卡西米爾效應」,科學家發現,如果將兩塊表面光滑的薄金屬板平行置入真空中,那麼在這兩塊金屬板靠得足夠近的時候,就會受到一種使它們互相靠近的力——「卡西米爾力」。

需要指出的是,「卡西米爾效應」在1948年就由物理學家亨德瑞克.卡西米爾(Hendrik Casimir)提出,直到1996年才得到證實,之所以拖了這麼久的時間,是因為驗證「卡西米爾效應」的實驗要求極高,必須要非常嚴格地排除由引力和電磁力所產生的影響。

「卡西米爾效應」告訴我們,真空可以「推著」這兩塊金屬板互相靠近,這就說明了這兩塊金屬板中的能量比真空還低,而眾所周知,真空的能量是零,那麼比零還低的能量是什麼呢?答案就是「負能量」。

根據愛因斯坦的描述,能量和質量只是物質的兩種表現形式,在一定的條件下,它們是可以互相轉換,這就意味著,從理論上來講,「負能量」也可以轉換成「負質量」。

除了「卡西米爾效應」暗示了「負物質」的存在以外,在2017年的時候,華盛頓大學的物理學教授邁克爾.福布斯(Michael Forbes)的研究團隊還在實驗室中觀察到了一種具有「負物質」特性的原子。

在實驗中,研究人員將一些原子(銣原子)冷卻到接近絕對零度的溫度,從而讓它們形成了「玻色-愛因斯坦冷凝物」,在此之后,當研究人員用一組激光束來「踢動」它們時,觀察到了一些原子表現出了「負物質」的特性,即當它受到向前的力的時候,卻會具備向后的加速度。

總而言之,宇宙的神秘遠遠超出了我們的認知,雖然「負物質」是基于數學的推論,但這并不違反物理規律,并且還有跡象暗示了它們存在的可能性,因此可以說,我們要飛出太陽系,并非一定要掌握可控核聚變,其實我們還有一條捷徑(或許還有更多),而現在的人類之所以無法跨越星際,可能只是因為我們缺少這種物質。


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