第五维度可以使星际迷航发现的孢子驱动物理上可能的

资深撰稿人 Ethan Siegel

资深撰稿人 Starts With A Bang

Jan 15, 2019, 10:00am

从一声爆炸开始

  宇宙就在那里,等待着你去发现它。

USS发现号NCC -1031是我们已经见过的第一艘能够通过孢子驱动旅行的星际迷航船, 孢子驱动比脉冲引擎和翘曲驱动更快。如果额外的空间维度存在, 孢子驱动的想法在宇宙中可能在物理上是可能的, 但它可能不会由一个蘑菇孢子网络提供动力的。STAR TREK / CBS PRESS KIT

    宇宙中有一些似乎可能永远不会被打破的法则。粒子在真空中的传播速度不能超过光速，一个闭合系统的熵永远不会降低，能量和动力必须守恒。但是, 如果宇宙玩的规则与我们今天理解它们的不同, 那么许多今天似乎被禁止的事情毕竟可能是可能的。

    在《星舰迷航: 发现》中, 一种新型技术让我们甚至比翘曲驱动更快: 孢子驱动。不是比光速传播速度(通过脉冲引擎)更慢或甚至比光速更快通过空间 (通过翘曲驱动), 而是孢子驱动使一个从一个位置瞬间"跳跃"到空间中另一个被很远距离切断连接的地方。这个想法一直被忽视是一个巨大的科学失误, 但正确的环境可能会把它从科幻小说领域带到现实生活中的科学。

在《星舰迷航》星舰上的翘曲驱动系统是让从恒星到恒星的旅行成为可能的。如果我们有这项技术, 我们可以很容易地桥接到恒星， 但这在今天仍然属于科幻小说的领域。《星舰迷航记发现》的孢子驱动为比光速更快的旅行开辟了一种新的可能机制, 甚至可能优于翘曲驱动。ALISTAIR MCMILLAN / C.C.-BY-2.0

    星际迷航特许设想太空旅行的三种方式如下:

·   脉冲引擎, 这类似于传统的旅行: 燃料被用来创造能量, 能量通过向后面的排气创造推力, 推动航天器前进。

·   翘曲驱动, 其中在一艘航天器前空间本身被压缩 (并在航天器后面扩展), 使它能够以一种效果上比光速更快的方式穿过那个被压缩的空间。20世纪90年代中期, 理论物理学家米格尔·阿尔库比尔创造了一个空时, 其中这在广义相对论中是可能的。如果存在负质量和负能量, 这可能会从一个数学上的可能性转移到一个物理的东西。

·   孢子驱动, 其中一个由菌丝体孢子组成的网络在宇宙中散布, 允许航天器能够瞬间从一个断开连接的点旅行到另一个断开连接的点, 就好像它们奇迹般地隔空传送一样。

《星舰迷航: 发现》实现孢子驱动的方式可能有点可疑, 但这个基本的想法听起来并不那么疯狂

保罗·斯塔梅茨是发现号的孢子驱动的关键, 他已经发现了他一直在研究的菌丝体网络、一个缓步生物和一艘船从一个因果上断开的空间区域 "跳" 到另一个空间区域的能力之间的联系。MICHAEL GIBSON/CBS

    根据该剧, 有一个由一种特殊类型的被称为菌丝体的蘑菇组成的真菌孢子网络。这些孢子分布在整个星系, 不仅渗透空间, 也渗透到子空间中。

    通过从船上的一个特殊的房间与这个孢子网络接口, 一个位移激活孢子集中器 (DASH) 驱动使这艘飞船能够从空间进入子空间, 并在完全断开连接的位置返回空间。确实, 这是一个聪明的想法, 设想一种比翘曲驱动所能做到的更快、更精确地旅行到遥远地点的机制。

    但是, 正如《星舰迷航》所表现它的, 它存在根本的缺陷。

当《星舰迷航: 发现》的剧组第一次了解到关于缓步生物和菌丝体孢子时, 他们根本不知道它实际上掌握着比翘曲驱动更快旅行的钥匙。JAN THIJS/CBS © 2017 CBS INTERACTIVE

     这里是一些为什么的原因。

1. 星际迷航: 发现依赖于某种动物------一种空间缓步生物------的能力来做水平基因转移并将外来DNA纳入它自己的基因组。但动物不能做水平基因转移，只有细菌能。提出这一论点的原论文在这里和这里被揭穿。

2. 菌丝确实在地球上形成一个巨大的网络, 但这是由于它的连接的根的结构。问题是菌丝体是一种先进的生命形式, 在存在之前需要地球上几十亿年的进化，它不可能已经出现在其它太阳系、星系或宇宙中。

3. 即变这些孢子被量子力学上纠缠, 它们不能被用来隔空传送物质, 甚至不能比光速更快来沟通。

虽然这可能是一个有趣的科幻理念, 但其背后的科学是站不住脚的。

翘曲旅行, 如美国宇航局设想的那样。如果你在空间中的两个点之间创建了一个虫洞, 一个嘴巴相对于另一个口相对于另一个嘴相对论的移动, 在任何一个可穿越端上的观察者都会被广大不同的量老化。如果你不是翘曲穿过我们的3D宇宙的空间, 而是你横穿过一个不同的附加维度, 你几乎可以瞬间的连接两个不同的位置。NASA / DIGITAL ART BY LES BOSSINAS (CORTEZ III SERVICE CORP.), 1998

    除非, 也就是说你正在愿意对已知的物理定律做一个小的改变:在一个第四个空间维度中添加, 给我们带来总共五个维度 (包括时间) 。如果宇宙有一个额外的空间维度, 而且------最重要的是------允许存在于我们三个空间维度中的物体利用第四维度进行旅行的能力, 那么孢子驱动想像的一切都成为可能。

    要了解怎样, 想象一个具有两个空间维度的宇宙, 就像一张纸的表面一样。想象一下生活在那张纸上的生物, 以及------以真正的平地风格------与某一个能够操纵第三维度的相遇会是什么样子。

这里显示的弗拉姆的抛物面代表一个施瓦茨柴尔德黑洞的事件地平线之外的空时曲率。在爱因斯坦的相对论中, 质量弯曲空时的织造。如果空时有额外的维度有可能通过利用那一个额外维度许可的自由度实际上几乎瞬间从一个位置移动到另一个位置。ALLENMCC. OF WIKIMEDIA COMMONS

    一个二维生物有一个暴露到这个世界的外部: 它身体的轮廓。它也有一个不是的内部: 一切在里面。用你的三维武库武装 (如果你愿意, 一支铅笔和一个橡皮擦), 你可以很容易地做以下事情:

·   重新排列它的内脏,

·   伸手并移走或把任何东西添加到它内部,

·   从这个页上擦掉它并把它放回页面上其它地方

·   甚至折叠这个页以便两个断开的位置重叠了，几乎瞬时的把那个动物从一个位置转移到另一个位置。

总之, 对于一个生活在比我们自己更少维度中的生物来说, 我们会显得像神一样。

一个三维立方体的四维模拟是一个8单元 (左);24单元 (右) 没有3D模拟。额外的维度给它们带来了额外的可能性。JASON HISE WITH MAYA AND MACROMEDIA FIREWORKS

    因此现在让我们来到我们所知道的宇宙: 有三个空间维度。长期以来, 人们一直在探索额外维度的想法, 包括他们如何可能解决宇宙学的许多最大问题, 甚至解释为什么我们有三个空间维度和我们今天的宇宙所做的。

    一个额外的维度可以为我们做什么------如果我们愿意增加一个第四个维度------与一个第三维度的非常类似的会让一个外部派对能够对一个二维生物做什么的。特别是, 某些访问第四维度的可以:

·   在不切割我们的情况下对我们进行手术,

·   插入、取走或重新安排某些我们内部的东西，

·   将我们从三维空间中取出, 把我们放在其他任何地方,

·   并通过合适的折叠我们的空间, 连接两个以前断开的位置,在不违反相对论的情况下, 实现看似近乎瞬时的隔空传输。

我们今天看到的力、粒子和相互作用都是一个单一的、总体的理论的展示的想法是一个有吸引力的, 需要额外的维度和大量的新粒子和相互作用。这样一个额外的维度, 如果它拥有正确的属性, 就能实现类似于《星舰迷航: 发现》中的孢子驱动所完成的输送。WIKIMEDIA COMMONS USER ROGILBERT

    最后一部分听起来确实很像一个充满畏惧的《星舰迷航: 发现》的孢子驱动正在试图完成的事情!一艘飞船通过与某些至少部分居住在我们三个空间维度之外的某种实体的某种联系能够比通过任何已知的手段都要快将它自己从一个位置运输到另一个位置。孢子驱动使输送比正常引擎更快;比光更快;甚至比翘曲驱动所允许的速度还要快。

    它能做到这一点的方式, 现实的正在通过离开我们的三维宇宙, 进入一个额外的空间维度, 然后重新进入我们的三维宇宙。这导致一个疯狂而全面的结论: 子空间实际上是一个额外的空间维度。

《星舰迷航》中的翘曲场的描画, 它缩短它前面的空间同时延长它后面的空间。孢子驱动, 无论是在星际迷航和来自物理学的穿越一个在我们的现实中额外的空间维度的想法，可以更快带我们从 a 点到点b。TREKKY0623 OF ENGLISH WIKIPEDIA

     《星舰迷航》技术的一系列其他问题和可能性------这我自己也写了这本书------通过识别子空间为另一个维度被立即的解决。

    子空间通信的发生速度能比光速更快, 因为信号不通过空间, 而是通过一个穿过空间的捷径的额外维度。

    因为有额外的维度, 一些不能存在于我们的宇宙中的粒子------四联子粒子------能存在于子空间中。

    而最相关的是一些物理实体 (甚至一些生物实体) 不仅能存在于我们的宇宙中, 而且还能保持它们自身的一个组成部分存在于子空间中, 甚至形成一个网络。这就与为什么乔尔迪·拉福格将子空间指为 "...... 一个有着无限数量蜂房的巨大蜂窝"是完全一致的。

如果存在额外的维度, 它们的尺寸必须非常小。即使允许最大的值, 在大型强子对撞机中创建的黑洞的衰变时间仍然只会增加到一秒的很小一个部分。但是, 如果额外的维度是真实的, 退出我们的三维宇宙, 穿越第四空间维度, 在空时完全断开的点重新进入的可能性就会突然存在。FERMILAB TODAY

    如果我们在宇宙中有一个额外的空间维度, 任何能够控制它们的运动的生物都将能够克服今天我们宇宙的许多常规限制。通过走这个额外的维度的捷径，比光更快几乎瞬时旅行会变得可能的。除了上下、左右和向后, 还将有一种额外的在空间中移动的方式, 允许你退出当前位置并重新进入其他任何地方。这将是一个合法的来隔空传送任何你能移动的东西的方式, 甚至是整个星舰, 在任意短的时间内一个任意大的距离。

    在一组物理粒子上而不是在一个生物有机体上建造这种科幻小说情节装置可能一直是一个更明智的选择。凡是在一个额外的维度中存在的网络, 它都需要有可控制的进入和退出点, 以便能够实现我们在《星舰迷航记: 发现》中看到的那种输送。但是, 如果额外的维度是真实的并且我们能适当地操纵它们, 我们最伟大的所有科幻梦想------瞬间的隔空传输------可能比我们已经从来想象的更接近成为现实。

    我是一位哲学博士、作者和科学传播者,在不同的大学里专业物理学和天文学。自2008年以来,我为我的从一声爆炸开始博客赢得了无数的科学写作奖,包括由博士协会颁发的《最佳科学博客》.....

  天体物理学家和作者爱善西格尔是从一声爆炸开始的创始人和主要作家!他的书迁徙术和超越银河在任何售书的地方都可以买到。

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/01/15/a-fifth-dimension-could-make-star-trek-discoverys-spore-drive-physically-possible/#589dea404fe2