編譯 七君

愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了蟲洞的存在。蟲洞是連接宇宙不同時(shí)空的快捷方式，有了它就能實(shí)現(xiàn)星際旅行，甚至?xí)r空穿梭。雖然從沒(méi)有人看見(jiàn)過(guò)蟲洞，但是關(guān)于蟲洞和時(shí)空穿梭的討論一直沒(méi)有降溫。

和蟲洞一樣，有一些看起來(lái)似乎不可能存在的東西實(shí)際上并不違反物理學(xué)，物理學(xué)甚至還能證明其中的一些是可能存在的。

▲ 達(dá)芬奇設(shè)計(jì)的永動(dòng)機(jī)

幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，在沒(méi)有外界提供能量的情況下，一直運(yùn)動(dòng)下去的機(jī)械一直是許多發(fā)明家的夢(mèng)想。達(dá)芬奇就曾經(jīng)設(shè)計(jì)過(guò)幾款旋轉(zhuǎn)的永動(dòng)機(jī)。愛(ài)爾蘭自然哲學(xué)家羅伯特·波義耳也想象過(guò)一個(gè)給自己供能的漏斗狀永動(dòng)機(jī)。法國(guó)數(shù)學(xué)家布萊茲·帕斯卡似乎對(duì)永動(dòng)機(jī)早有懷疑，他轉(zhuǎn)而設(shè)計(jì)了博彩游戲中常見(jiàn)的輪盤。

▲ 波義耳設(shè)計(jì)的永動(dòng)機(jī)

但是后來(lái)物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，大型永動(dòng)機(jī)違反物理學(xué)，尤其是熱力學(xué)的鐵律，因此是不可能存在的。然而諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者弗朗克·韋爾切克卻設(shè)計(jì)出了一種“時(shí)間晶體”，這種晶體可以在沒(méi)有外力的情況下永遠(yuǎn)保持振蕩。

▲ 弗朗克·韋爾切克

今年年初，2支不同的科研團(tuán)隊(duì)制造出了時(shí)間晶體。雖然這看起來(lái)很不可思議，但是一些物理學(xué)家認(rèn)為時(shí)間晶體是一種合理的永動(dòng)機(jī)形式（不過(guò)我們不能從這種時(shí)間晶體中提取能量，所以沒(méi)有違反物理學(xué)的定律）。許多研究人員依然在探尋時(shí)間晶體的重要意義。

你希望家里有扇神奇的門，能夠把你送到地球的另一邊嗎？這種科幻片里的裝置其實(shí)并不違反物理學(xué)。

物理學(xué)家加來(lái)道雄在2008年的著作《電影中不可能的物理學(xué)》（Physics of the Impossible）一書中把傳送門成為“一級(jí)不可能物體”，也就是說(shuō)這種東西在理論上可以制造，甚至在我們的有生之年就可能會(huì)出現(xiàn)。

▲ 加來(lái)道雄

實(shí)際上，傳送門可能已經(jīng)出現(xiàn)了。一些亞原子粒子的運(yùn)動(dòng)就符合傳送門的特征。比如愛(ài)因斯坦口中的“鬼魅般的超距作用”——量子糾纏現(xiàn)象就可以讓信息和量子態(tài)瞬間傳到宇宙中的其他地方。

物理學(xué)家們?cè)?997年做過(guò)史上第一個(gè)量子隱形傳態(tài)實(shí)驗(yàn)，他們讓一個(gè)光子的量子態(tài)被傳送到10多厘米開外的另一個(gè)光子上。目前，量子隱形傳態(tài)的記錄已經(jīng)超過(guò)了100千米。

▲ 西非的加那利群島是進(jìn)行天文學(xué)觀測(cè)的好地點(diǎn)。 La Palma山（左）和Tenerife山（右）相距143千米，利用這兩座山上的裝置實(shí)現(xiàn)了距離為143千米的量子隱形傳態(tài)。圖片來(lái)源：分辨率圖像光譜儀（MERIS）

哈利波特的隱身衣可以讓穿著它的人瞬間消失。科學(xué)家把制造隱身衣的材料叫做超材料，他們認(rèn)為這種材料是存在的，隱身衣也可以被制造出來(lái)。

超材料隱身衣的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單：讓光波像繞過(guò)石頭的水流一樣繞過(guò)被隱身衣覆蓋的物體，然后傳播到你的眼中。在實(shí)際操作中，需要研發(fā)出全新的納米結(jié)構(gòu)材料才能讓光線以這種奇異的方式彎折。

▲ 用超材料制造的隱身衣可以使光線彎折后到達(dá)觀察者的眼睛

2000年的時(shí)候就有人制造出了超材料，后來(lái)陸續(xù)有人制造出了隱身設(shè)備。最近科學(xué)家們認(rèn)定，人體那么大的隱身衣是造不出來(lái)的。不過(guò)這也不算什么大損失，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在只能讓特定波長(zhǎng)的光彎折，所以目前的隱身設(shè)備看起來(lái)顏色比較詭異，反而讓它們更引人注目。

▲ 2006年杜克大學(xué)的David Schurig和同事用超材料制造的環(huán)形隱身衣

但是這些隱身衣的技術(shù)可以被用到別的地方，比如使地震波彎折，保護(hù)城市不受地震的影響。 

有一個(gè)物理學(xué)的笑話是這么說(shuō)的：如果你想要在這個(gè)宇宙里好好活命，最好遵循下面這些物理定律：別超光速旅行、別被零除，也別把任何東西的溫度降到絕對(duì)零度以下。

絕對(duì)零度大約等于零下273攝氏度。在絕對(duì)零度，理論上原子會(huì)停止運(yùn)動(dòng)。因此負(fù)溫度看起來(lái)是不可能的。物理學(xué)家也在今年年初證明，你根本到不了絕對(duì)零度。

絕對(duì)零度到不了，但是負(fù)溫度卻可能實(shí)現(xiàn)。這科學(xué)嗎？根據(jù)嚴(yán)格的熱力學(xué)定義，溫度描述的是秩序：物體內(nèi)部越有秩序，它的溫度就越低。

▲ 藝術(shù)家對(duì)5種不同的玻爾茲曼分布的氣體的描繪。從左到右：溫度比絕對(duì)零度高一點(diǎn)點(diǎn)；溫度大于絕對(duì)零度；溫度為無(wú)窮大（或無(wú)窮小，因?yàn)?者在物理上的意義是一樣的）；負(fù)溫度；比絕對(duì)零度小一點(diǎn)點(diǎn)。