1707605855
1707605856
狄拉克提出存在两种电子，一种携带正能量，另一种携带负能量。这个概念在当时无异于天方夜谭，并没有太多的实际意义。狄拉克意识到，这个负能量电子也许就是“反物质电子”，和经典的正能量电子一样，它携带的是相反的电荷。布莱什进一步延伸这个概念，认为包括所有的电子和正电子在内（在布莱什的书出版之时，正电子的存在已经被实验证实），任何粒子都有一个对应的反物质粒子，并且它们之间有牢不可破的联系。如果你改变一个粒子的轨迹，另一个粒子的轨迹也会因此改变。
1707605857
1707605858
如果布莱什的设想止步于此，那么确实可以设计出《星际迷航》里的“亚空间通信”设备，但也仅此而已。事实上，他进一步思考了超光速通信可能带来的后果。他深知狭义相对论里关于超光速通信会产生的各种奇怪的效应。如果可以即时传送信息，就可能出现信息在被发出之前已被接收的情况。因此，把信息传回过去变成了可能。这是一个匪夷所思的断言，所以我们有必要解释一下为什么会这样。解决这个矛盾的最简单的办法分为两步，但这确实有可能，前提是我们必须有一个即时通信器。
1707605859
1707605860
1905年，爱因斯坦提出狭义相对论，狭义相对论结合了运动的基本规律和关于光本身的超前理解。在此之前，苏格兰物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出，光是电和磁的相互作用。一个运动的电荷会产生磁，同时一个运动的磁体会产生电。变化的电场会产生变化的磁场，变化的磁场又会产生变化的电场，循环往复。整个电磁场理论是一套非常自洽的理论。
1707605861
1707605862
电场和磁场的相互转换过程只在一定速度的前提下才有可能成立，这个速度经过计算就是光速，这也证明了“光是一种电磁波”的结论。爱因斯坦用一个思想实验进一步探索了这个概念。他假设自己同一束阳光一起穿过太空。（据说这个实验是在一个公园的草坪上完成的。爱因斯坦懒洋洋地躺在草坪上，阳光洒向他的眼睛。）当时还年轻的爱因斯坦想，如果他和阳光同速运动，那么以他的视角来看，太阳光是静止的。于是，问题出现了。
1707605863
1707605864
如果光不是以光速运动，它就不存在了。电场和磁场相互转换的过程在其他的速度下都不成立，只在光速下成立。光速在真空中是每秒299 792 458米，也就是每秒18 600英里。（度量值如此精准是因为，米的定义是光一秒走过距离的1/299 792 458）。所以爱因斯坦不能和阳光一起运动，因为如果阳光不运动，它就不存在了。更重要的是，在这个假设的世界中，任何物质一旦以任何速度开始运动，它周围的光都将不复存在。这是通过相对论计算出来的，但它不是爱因斯坦的“拓展”版，而是伽利略的“原始”版。
1707605865
1707605866
在伽利略的相对论中，两个物体互相靠近的速度可以相加。比如，两辆车做相向运动，每辆车的速度都是每小时50英里，那么从一辆车的角度看另一辆车，速度都是每小时100英里，也就是两辆车的速度之和。同样，如果两辆车以相同的速度同向运动，那么从一辆车的角度看，另一辆车是静止的。如果两辆车沿同一路径做同向运动，人可以轻松地从一辆车迈到另一辆车上去。
1707605867
1707605868
依照伽利略的相对论，在一个运动的人眼里，光速要么加快、要么减慢，这取决于观察者的运动方向。但是，爱因斯坦意识到这是不对的。光和其他所有东西都不同。不管我们以什么速度向着光或者背着光运动，光速在真空中都是每秒299 792 458米。在分析光的运动时，相对论需要做出修改才能解释光的特殊本质。当爱因斯坦为合理地处理光速问题进行计算时，他发现了一些奇怪的物理现象。这里让我们最感兴趣的一个例子就是，在高速运动的宇宙飞船上时间会过得比较慢。
1707605869
1707605870
我们通常认为相对论非常复杂，解释它的方程式肯定也繁复无比。对于广义相对论来说确实如此，特别是计算重力的公式，就连爱因斯坦也需要数学家的帮助。但是，狭义相对论的计算公式则非常简单。如果宇宙飞船上的时间为t，那么地球上的时间就是t/(1–v2/c2)½（v是飞船的速度，c是光速）。飞船的速度越快，公式中的分母就越接近于零，地球经过的时间就越接近于无穷大。这至多是高中数学的运算水平。
1707605871
1707605872
我们甚至不需要计算就能知道光的运动对时间可能造成的影响，一个简单的思想实验可以让一切清晰明了。假想一艘宇宙飞船正高速飞离地球，现在发挥想象力（在思想实验中，我们需要想象力的参与），我们可以从地球上看到飞船内部。飞船里有一个与众不同的钟表，这个钟表由两面镜子构成，一面镜子在飞船的天花板上，另一面镜子在飞船的地板上。光束在两面镜子间来回反射，每反射一次，钟表的秒针就往前走一格。事实上，匀速运动的光就是钟表的计量单位。
1707605873
1707605874
现在，让我们想象飞船正在以极快的速度远离地球。假设在我们从地球上开始观察飞船内部的那一刻，光刚好从天花板上的那面镜子折射下来。在光到达地板上的镜子的过程中，飞船仍在向前运动。所以，从地球的角度观察，光并不是像在飞船内的人观察到的那样做垂直运动，而是走了一条更长的斜线：光反射的方向和飞船运动方向的矢量叠加。
1707605875
1707605876
1707605877
1707605878
1707605879
基础几何学告诉我们，从地球角度观察到的光反射斜线比从飞船内部观察到的光线距离更长。如果光的运动遵循伽利略的相对论——比如，我们观察的是飞船内从天花板射到地板上的一枚子弹——这一切就不是问题了，我们把子弹的速度和飞船的速度加起来即可。从地球的角度观察，子弹的运动速度是飞船内子弹的运动速度和飞船速度的加总。子弹看起来飞得更快了，这可以解释为什么从地球的角度看子弹飞过的距离更远。但是，光和子弹是不同的。
1707605880
1707605881
根据爱因斯坦的理论，光速是恒定的，不管光周围的环境如何。所以对飞船上的人和地球上的人来说，两面镜子之间的光速是相同的。但对于地球上的人来说，光的运动距离更长。那么，肯定有某个因素对飞船和地球来说是不一样的，那就是时间。飞船上的时间必须变得更慢，只有这样，从地球的角度观察，光的运动距离才能比在飞船上观察到的距离长。
1707605882
1707605883
飞船飞行的时间越长，飞船和地球的时间差就越大。如今离地球最远并依然和地球保持通信的飞船是旅行者1号，旅行者1号的飞行速度远不及光速，但是它的飞行时间已经足够长，所以这艘飞船和地球有了1.1秒的时差。故事讲到现在，一切都在情理之中。现在让我们再往思想实验中加一些东西，假设飞船上有一台安塞波或狄拉克发射器，这意味着我们可以即时将信号发送给飞船。由于从地球的角度看，这艘飞船上的时间比我们的时间慢一点儿，所以它会在我们发送信息之前就接收到信息，时间就这样倒流了。
1707605884
1707605885
从飞船上的人的角度看，他们也会觉得地球上的时间比飞船上的时间慢。所以，如果他们用即时通信的方式往地球发送信息，信息也会在被发出前就到达地球，时光倒流再次发生。类似这样的时光倒流需要建造一个自动的即时通信器，然后让它以非常高的速度远离地球飞行一段时间。一旦制造完成，这个即时通信器就成为信息的时光传送机。
1707605886
1707605887
1707605888
现在，让我们用一些实际数字使以上的例子变得更具体。假设飞船的运动速度（v）是0.9倍的光速。飞船上的钟已经工作一年时间了。依据狭义相对论计算飞船上的时间和地球上的时间的比率，也就是，其中v是飞船的速度，c是真空中的光速。计算结果是，飞船上的一年相当于地球上的2.29年。所以，飞船上的时间比地球慢了1.29年。如果在飞船上用即时通信器发送信息，那么信息会在其发送前的1.29年就到达地球。现在我们从地球的角度看飞船，飞船上的一年只相当于地球上的0.436年。所以，飞船上的时间比地球快了0.564年。如果我们把飞船发给我们的信息再发回去，那么信息会比最初发送时间早出现大约1.85年。
1707605889
1707605890
布莱什在故事里并没用到“时光倒流”（如果真能制造出影片中的即时通信器，那么上述的“时间变慢”完全有可能发生），而是进一步地描述了一个“嘟”的物理现象，并创作了同名小说《嘟》。狄拉克发射机每发送一条信息，都会发出“嘟”的一声。一开始，“嘟”被人们当成某种信号干扰，但最后人们终于意识到，原来“嘟”是通过狄拉克发射机发出的所有信息的信号总和。
1707605891
1707605892
小说中没有解释的是，为什么通信器会莫名其妙地利用时间倒流把所有信息汇聚成一个信号——“嘟”。所以，在布莱什的世界里，人们不光可以用狄拉克发射机进行即时通信，还可以扫描并分解“嘟”这个信号传递的信息，用狄拉克发射机向过去、现在甚至未来发出指令。
1707605893
1707605894
小说中还指出，那些通过狄拉克发射机发出的未来信息必将成为事实。它们不再以人的意志为转移，也无所谓因果关系。这些事件必然发生，因为它们“已经”发生了；正因如此，很多物理学家用此证明为什么即时通信不可能实现。
1707605895
1707605896
虽然狄拉克发射机的原理不甚明了，但是布莱什为这台机器取名“狄拉克”却是对的。因为最现实的实现即时通信的依据就是量子理论里复杂的狄拉克理论体系。实现超光速通信的一个方法就是利用量子物理的基本元素——量子隧穿。
1707605897
1707605898
量子物理学的核心是薛定谔方程，它描述了在任意时间任意地点出现量子粒子的可能性。薛定谔方程和我们在高中时期学习的牛顿运动定律完全不同。根据牛顿运动定律，如果我们知道物体在何时何地开始运动，而且知道物体的速度和加速度，那么我们完全可以计算出一段时间后物体的位置。从球的运动轨迹到阿波罗计划，我们都可以用牛顿运动定律计算出各种物体的位置。但是，牛顿运动定律并不适用于量子粒子。
1707605899
1707605900
运动一段时间之后，量子粒子不再有确定的位置，除了它们存在于某个位置的概率，我们一无所知。我们可以算出量子粒子在任意位置的可能性，但我们无法知道它们的确切位置。用薛定谔方程算出的多维概率数组有一个潜在的问题。如果粒子附近有障碍物，那么粒子是不能穿过障碍物的；但是根据薛定谔方程，该粒子也可能位于障碍物的另一边。
1707605901
1707605902
量子隧穿虽然是一种模糊的理论，但是它对我们的生存却有直接的影响。太阳是我们赖以生存的能量源泉，量子隧穿效应在这个过程中起到了至关重要的作用。如果太阳不提供大量的能量，那么地球表面会非常寒冷，也不会有生命存在。太阳能是由核聚变产生的，4个氢原子（最小的原子）聚变为1个氦原子，同时产生能量。但是，这个过程本不能发生。
1707605903
1707605904
在太阳中，原子都是以带电原子核的形式聚集在一起的。氢原子核其实就是质子，一种带正电的粒子。这些质子相互排斥，离得越近，相互间的斥力就越大。强核力能将两个质子吸引到一起，它只在极短的距离内才能发挥作用。即使太阳表面的温度很高，也不足以把这些质子拉近至这个距离范围内而产生聚变。