“坠道”“虫洞”“行星飞船”，科幻电影中的交通工具真的能在未来实现吗？

文章来源于：知识就是力量

作者：秦建

我们的智人祖先从非洲出发，用双腿走到了除南极洲以外的所有大陆，进而征服世界。在此期间，我们驯服了马，发明了轮子，在它们的帮助下，我们以更快的速度向未知之地进发。我们还砍下大树，拓为独木舟；砍下竹子，编为筏子；甚至吹胀羊皮，用以渡过江河，抵达依靠双脚到不了的蛮荒岛屿。时至今日，汽车、地铁、高铁、飞机、轮船，织成密集的交通网，供所有人由此及彼，快速抵达，交通带来的便利，有目共睹。然而，现代交通的弊端也有目共睹。我们对交通还有哪些期许？在未来，还有哪些交通工具供我们完成彼此的抵达？就让我们一起进入科幻电影，感受属于未来的交通方式吧。

穿过地心的超级地铁

在电影《全面回忆》中，一条长达1.3万千米的 “坠道” 穿过地心，乘客坐上列车，可以在17分钟内抵达地球的另一端。这可真是个惊世骇俗的构想。要知道，飞机飞到地球另一端，得需要22个小时，因为是沿着球面飞了一个弧线，“坠道”则是抄近路的典范。事实上，坠道并不违反现有任何物理定律，当然，想要真正实现，有无数的工程难题等着科学家去解决。

电影《全面回忆》中的城市

假设“坠道” 真的建成了，你从一个入口跳进去，会发生什么呢？这取决于 “坠道”连接的是地球表面哪两个地方。如果是南北极，重力会使你不断加速，只需要13分钟，你就会以时速35000千米进入地心。在地心，你会处于航天员在太空中的失重状态，因为这个时候你受到来自地球各个方向的拉力是相等的。一旦你越过地心，你的速度就会慢下来，直到你平稳地到达地球的另一端，整个过程只耗时37分钟。

为什么要强调是连接南北极的 “坠道”呢？这是因为，连接其他地点的“坠道” 会受到科里奥利效应的影响。地球在不停旋转，你跳下“坠道”之后，很快就会因为地球的旋转而撞到 “坠道”的墙壁上。当然，要克服这一点也很容易，如同电影《全面回忆》里一样，用附加动力来抵消科里奥利效应。‍

通过虫洞穿越星际

在电影《星际穿越》中，穿过虫洞能使主人公库柏等人在极短的时间里抵达一个遥远的陌生星系。

连接遥远星系的虫洞

那究竟什么是虫洞？它为什么会有这样奇妙的作用呢？1935年，物理学家爱因斯坦和内森•罗森根据广义相对论，提出了一种连接两个黑洞的通道的概念——爱因斯坦-罗森桥。

1955年，美国物理学家约翰•惠勒在研究爱因斯坦-罗森桥的数学模型时，证明有可能将宇宙中的两处不同区域连接起来。惠勒认为爱因斯坦罗森桥不像桥，更像是虫子咬穿苹果后留下的洞。一只蚂蚁从苹果的一端到另一端有两个选择，一是绕着苹果弯曲的表面爬过去，二是咬穿苹果钻过去，显然后者更难，但速度更快。想象一下，在更高纬的空间里，如果我们所处的三维时空就像是苹果皮样弯曲着的，那么穿越高维空间实体的“虫洞”，必然可以让我们更快地在三维空间中的两个点之间往返，“虫洞”这一风靡世界的术语由此诞生。

1987年，加州理工学院理论物理学家基普•索恩和他的两名研究生一起，证实了虫洞可以打开，但需要足够多的某种具有负能量的物质。什么是负能量呢？真空中的量子涨落具有能量，如果某物质的能量低于周围空间的量子涨落能量就说这个物质具有负能量。

不幸的是，这样制造出来的负能量实在太微不足道，根本无法用于维持虫洞的开放。事实上，维持虫洞的开放需要巨大的负能量，其总量几乎相当于一颗普通恒星在一年中释放出的全部能量。迄今为止，虫洞依然是写在纸上的美好传说。‍

行星即是飞船

在科幻电影《流浪地球》中，当太阳突然老化、氦闪随时可能发生时，人类团结一心，决定把整个地球作为飞船，逃到比邻星去。要知道，无论是让地球停止自转，还是离开原先的轨道，亦或是让地球向着太阳系之外飞去，都需要最为强劲的动力。

科幻电影中地球离开公转轨道

在联合政府的领导下，人类倾尽全力在亚欧大陆上建造一万多座行星发动机，又在赤道上建造了数十座功率更为强大的转向发动机。这些11千米高，直径20-30千米的发动机能量来自“重聚变”。这里的 “重聚变”是指在极端高温高压下，重元素也能进行核聚变。

地壳里含量最高的元素就是氧和硅，分别占49%和26%。有了重聚变技术，人类就可以把挖出来的石头扔到发动机里变成能量，用能量推动地球。每台行星发动机产生150万亿吨的推力，一万多座行星发动机足以在5年左右将地球推进到第三宇宙速度——脱离太阳引力最低速度的16.7千米/秒。

重聚变的质能转换效率极高，输出能量极大，然而地球实在是太大太重了。最乐观的估计，要使地球达到第三宇宙速度，必须烧掉7亿亿吨的石头，相当于把全球的地面挖掉40米作为燃料。等2500年航程结束，泊入比邻星轨道时的地球还剩多少呢？‍

虽然从现在的技术条件来看，“坠道”“虫洞”“行星飞船”等都是科幻电影中大胆的想象，并不能真正实现。但在将来，随着科学技术的进步，它们也可能变成现实。要知道，当初没有人相信人类能够制造出比空气重得多的飞行器来啊。

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本文来自《知识就是力量》杂志，刊载于2021年5月，原文题目《上天入地的穿越之旅》，作者秦建，有删改，转载请注明来源。

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编辑：紫苏