1707613660
1707613661
最后我们再讨论一下如果生命传输机存在，它的工作情形是否会像图14所示的那样干净利落，在几秒钟之内点尘不惊地完成复制过程。当然，我们不可能讨论生命传输机的具体工作方式，我们只想来计算一下把一个人分解为基本粒子或由基本粒子复合成一个人所需吸收或释放的能量。假如生命传输机对人体的分解和复合是在亚原子——即质子、中子、电子等——的层次上进行的，那么人体将会被分解为大约10万亿亿亿（1029）个亚原子粒子（比上文提到的原子数目多一个数量级左右）。由于平均每个亚原子粒子的结合能约为1兆电子伏特（1Mev），因此分解（复合）过程所需吸收（释放）的能量大约为1亿亿焦耳（1016J），这相当于100万吨TNT炸药爆炸时释放的总能量！因此生命传输机操作人员的那句冷静而平淡的“Energize”背后所蕴含的能量其实是与核爆炸中令天地为之变色的蘑菇云所象征的能量不相上下。这种类型的生命传输机的作用过程——尤其是复合过程——是很难如电视上那样点尘不惊的。当然，如果生命传输机只是在原子或分子层次上对人体进行分解和复合，所涉及的能量就会小得多，大约相当于几十到几百公斤TNT炸药爆炸时释放的能量[5]。一般来说，生命传输机对生命体的分解与复合所涉及的物质层次越低，在分解与复合过程中吸收与释放的能量就越多。
1707613662
1707613663
我们关于生命传输机的讨论到这里就结束了，与星际旅行中的另一个流行的方案——虫洞——相比，生命传输机在理论可行性方面似乎略显乐观。但我们必须看到，这种乐观性在很大程度上是建立在对生命本质的无知之上的，就像在相对论之前人们可以乐观地认为运动速度在原则上是不受限制的。科学是美丽的，它受益于我们的想象力，又转而为想象力插上新的翅膀。但科学同时也是严谨的，它并不是漫无边际的想象。对生命本质的无知绝不是我们乐观的理由。如果我们真的想要寻求一点乐观的话，也许时间是最好的乐观理由，因为《星际迷航》的故事——确切地说是我所看过的那部分故事——发生在24世纪，我们还有300年的时间来更好地理解生命，理解物理学。也许到那时我们会更好地理解生命传输机——无论它是可行的还是不可行的。
1707613664
1707613665
2003年1月2日写于纽约
1707613666
1707613667
2014年12月1日最新修订
1707613668
1707613669
[1]本文曾发表于《科学画报》2003年第10期（上海科学技术出版社出版）。
1707613670
1707613671
[2]在后文中将会提到，对这里所说的“完整”两字不宜理解得过于绝对。
1707613672
1707613673
[3]确切地说，在量子力学中，对一个物理体系的描述体现在所谓的“状态”（state）上，“波函数”是状态在具体表象——比如坐标表象——下的函数表示。
1707613674
1707613675
[4]这里所说的系综理论只是量子力学测量理论所涉及的若干种诠释中的一种，但可以算是最直接对应于量子力学数学体系的诠释。
1707613676
1707613677
[5]对于爱思考的朋友来说，这一数值是不需要计算就可以得出的。因为普通TNT炸药利用的不是别的，正是爆炸物在原子和分子层次上的结合能（叫做化学能）。因此把人体在这一尺度上分解或复合所涉及的能量大致就等于与人体质量相当的TNT炸药所能释放的能量。
1707613678
1707613679
1707613680
1707613681
1707613682
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611320]
1707613683
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 虫洞：遥远的天梯
1707613684
1707613685
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611321]
1707613686
一、引言
1707613687
1707613688
1985年的一个学期末，加州理工大学（California Institute of Technology）的理论物理学教授索恩（Kip S. Thorne）刚刚上完一学年的课，正慵懒地靠在办公室的椅子上休息，电话铃声忽然响了起来。打来电话的是他的老朋友，著名行星天文学家萨根（Carl Sagan）。萨根当时正在撰写一部描写人类与外星生命首次接触的科幻小说。写作已近尾声，但身为科学家的萨根希望自己的作品——虽然只是一部科幻小说——尽可能地不与已知的物理学理论相矛盾。在这部小说中，萨根安排女主人公通过黑洞（blackhole）穿越了26光年的距离，到达遥远的织女星（Vega）附近。这是整部小说中最具震撼力的情节，但从物理学的角度看，却也是最可疑的细节。于是萨根打电话给从事引力研究的索恩，为这一细节寻求技术咨询。在经过一番思考和粗略的计算后，索恩告诉萨根：黑洞是无法用做星际旅行的工具的。他建议萨根使用虫洞（wormhole）这一概念，这便有了随后出版，并被拍成电影的著名科幻小说《接触》（Contact）。
1707613689
1707613690
萨根的小说顺利地出版了，索恩对虫洞的思考却没有因此而结束。
1707613691
1707613692
三年后，索恩和他的学生莫里斯（Mike Morris）在《美国物理杂志》（American Journal of Physics）上发表了一篇题为《时空中的虫洞及其在星际旅行中的用途》（Wormhole in spacetime and their use for interstellar travel）的论文，由此开创了对所谓可穿越虫洞（traversable wormhole）进行理论研究的先河[1]。作为教学性刊物的《美国物理杂志》也因此有幸在一个全新研究领域的开创上留下了值得纪念的一笔。
1707613693
1707613694
莫里斯和索恩的文章在虫洞研究中具有奠基性的意义，不过虫洞这一概念却并非他们两人首先提出的。早在1957年，美国物理学家惠勒（John Archibald Wheeler）和学生米斯纳（Charles W. Misner）就在一篇文章中提出了这一概念。那篇文章讨论的主题是所谓的“几何动力学”（geometrodynamics），那是一种试图把物理学几何化的理论。米斯纳和惠勒的“几何动力学”后来并没有走得很远，但他们在文章中提出的虫洞这一概念却在事隔30多年后得到了全新的发展，并成为了以星际旅行为题材的科幻小说的标准词汇，可谓是“有心栽花花不开，无心插柳柳成荫”。
1707613695
1707613696
1707613697
1707613698
1707613699
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 [:1707611322]
1707613700
因为星星在那里：科学殿堂的砖与瓦 二、什么是虫洞？
1707613701
1707613702
1707613703
1707613704
1707613705
1707613706
1707613707
图15 一种典型的虫洞
1707613708
1707613709
那么究竟什么是虫洞呢？形象地说，虫洞是连接两个空间区域的一种“柄”状的结构。图15便是一种很流行的虫洞图示，图中倒U字形曲面代表我们生活在其中的空间，连接两个空间区域A和B的直线段代表的便是这种“柄”状结构，即虫洞。图15是一种抽象化的图示，连接A和B的直线段实际上代表的是具有一定线度的结构。不难看到，由于这种“柄”状结构的存在，在A和B之间存在着两种不同类型的路径：一种由曲线表示，代表在普通空间中的路径；另一种由直线段表示，代表由于虫洞的存在而形成的新路径。由图15可以看到，沿直线段从A到B显然要比沿曲线近得多。通常科幻小说——包括前面提到的萨根的小说《接触》——所描述的通过虫洞的星际旅行，就是沿图中直线段进行的。