時(shí)空旅行需要一種非常不平凡的能量，這種能量有趣且怪異，具有讓我們跨越時(shí)空的神奇能力，但我們世界的物理規(guī)律卻對它嚴(yán)加“防范”。這是怎樣的一種能量呢？

有關(guān)時(shí)間旅行和瞬間穿越的話題，科幻作家進(jìn)行過充分的想像，科學(xué)家也探討很久了，他們的結(jié)論是，物體如果能夠以超過光速的速度運(yùn)行，就可以回到過去，或者瞬間到達(dá)異常遙遠(yuǎn)的地方。

用泡泡超越光速

但根據(jù)愛因斯坦的相對論，光速是宇宙中速度的上限，超光速幾乎是不可能的：對于一個(gè)有質(zhì)量的物體，哪怕是一個(gè)質(zhì)量極小的粒子，其速度接近光速時(shí)，質(zhì)量會變得極大，要想再加速就極困難了，如果它的速度無限接近光速時(shí)，其質(zhì)量就會變得無限大，而加速它也需要無限大的能量，這是不可能的，因此有質(zhì)量的物體不可能達(dá)到光速，更不可能超光速。而現(xiàn)實(shí)中，我們以及我們的宇宙飛船不可能質(zhì)量為零，因此，超光速對于我們來說，似乎只是幻想。

但頭腦靈活的科學(xué)家卻發(fā)現(xiàn)，上述推測之所以有如此的結(jié)論，是因?yàn)橛匈|(zhì)量的我們是沿著與光傳播同樣或類似的跑道飛跑的，這樣，我們當(dāng)然賽不過靜止質(zhì)量為零、身輕異常的光子了，但是我們?nèi)绻呓輳剑秃芸赡軙s在光子到達(dá)之前到達(dá)目的地，從而也就實(shí)現(xiàn)了某種意義上的超光速。

果然，科學(xué)家找到了這個(gè)捷徑，1992年，霍金就發(fā)表言論認(rèn)為，任何形式的時(shí)空旅行都需要一種古怪的東西——負(fù)能量。1994年，墨西哥物理學(xué)家艾庫別赫根據(jù)相對論公式計(jì)算又發(fā)現(xiàn)，彎曲時(shí)空制造出的時(shí)空泡泡就可以以超光速瞬間消失，這是因?yàn)檫@種時(shí)空泡泡走了不同的時(shí)空路徑，泡泡前面的空間會收縮，泡泡后面的空間會膨脹，這種前面收，后面推的方式，就可以讓泡泡沿著另一條途徑到達(dá)一個(gè)很遠(yuǎn)的地方，泡泡內(nèi)包裹的空間也就跟著穿越了時(shí)空。

如果一艘宇宙飛船停在泡泡包裹的空間里，那么飛船就會隨著泡泡實(shí)現(xiàn)瞬間時(shí)空穿梭。雖然在泡泡外的人看來，飛船以10倍甚至100倍光速瞬間消失，并在異常遙遠(yuǎn)的地方瞬間出現(xiàn)，但飛船內(nèi)的人卻不會感覺到任何不適，甚至連被加速的感覺都沒有（在普通電梯中，我們都能感受到加速或減速帶來的超重或減重的感覺），因?yàn)轱w船的運(yùn)動只是隨著泡泡內(nèi)的時(shí)空走了捷徑，到達(dá)了在泡泡外的人看來很遙遠(yuǎn)的地方，但對于泡泡內(nèi)的飛船來說，走過的距離很短，尤其是它相對于泡泡內(nèi)的時(shí)空沒有移動，也就不會有任何感覺，就像隨著宇宙膨脹而移動的我們也不會有任何感覺一樣。因此這樣一個(gè)超光速的時(shí)空泡泡并不違背相對論。

乘著10倍光速的時(shí)空泡泡旅行可就太有趣了，本來出發(fā)前的漫天星光，路上卻看到后面的星星都集中到正后方，而且都是紅色的星星，前面的星星也都往正前方匯攏，星星的顏色是藍(lán)色的，只有泡泡前后分界線上的星星還原地未動。到達(dá)目的地一段時(shí)間后，人們才看到展示他們出發(fā)前情景的光子們姍姍來到，這意味著：宇航員如果回頭一看，看到的情景卻是他們在原地還沒出發(fā)呢！而實(shí)際上，他們已經(jīng)到達(dá)了。這時(shí)眼見可就不為實(shí)了。

但是計(jì)算顯示，要構(gòu)造這樣一個(gè)時(shí)空泡泡，最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是需要負(fù)能量，只要飛船前進(jìn)方向的兩側(cè)有負(fù)能量存在，飛船就相當(dāng)于被一個(gè)彎曲的時(shí)空泡泡包圍，隨著泡泡的前牽后推而前進(jìn)。

負(fù)能量—能量的坑洞

負(fù)能量是什么？我們好像從來沒有聽說過。其實(shí)負(fù)能量已經(jīng)被某些科學(xué)家認(rèn)真研究了至少二十多年了。負(fù)能量到底是怎么回事，它有哪些有趣的性質(zhì)呢？

我們知道，宇宙空間中充滿了物質(zhì)和能量，如果能想辦法把物質(zhì)和能量全部排除，連約3K的背景輻射也不允許存在，那么輻射為零，溫度為OK的真空就應(yīng)該沒有能量，也就是能量為零。可是，負(fù)能量竟然比能量為零時(shí)還低，這怎么可能呢？

我們可以把能量為零時(shí)的真空比作地球上海拔為零的平坦的地面。就像平坦地面也會這兒有坑洞，那兒有凸起一樣，能量為零的真空時(shí)常會因某種因素的擾動而出現(xiàn)能量的坑洞和尖峰，這些能量的坑洞就是負(fù)能量，它需要正能量（普通的能量）去填補(bǔ)，也就是負(fù)能量碰到正能量后會同歸于盡，變成啥也沒有的空無。

其實(shí)根據(jù)量子力學(xué)，微觀下的真空不可能保持能量為零的狀態(tài)，那就像洶涌的海洋一般，不斷有大大小小的起伏翻騰，能量的凹坑和尖峰會不斷出現(xiàn)和消失，因此微觀下的真空一直就存在負(fù)能量。

負(fù)能量可以理解為缺能量的坑洞，就像一個(gè)湖，大部分湖底被水覆蓋，但有的地方不但沒有水，而且湖底還干了，需要吸收水，這吸收水的地方就可以類比真空中吸收能量的負(fù)能量。負(fù)能量的傳播可以理解為能量坑洞在空間中的傳播，有點(diǎn)像氣泡在水中的運(yùn)動那樣。

負(fù)能量的概念確實(shí)不好理解，有人或許會認(rèn)為反物質(zhì)含有負(fù)能量，其實(shí)，反物質(zhì)雖然電荷與物質(zhì)相反，但它所含的能量卻是正能量，正反物質(zhì)湮滅會產(chǎn)生較高能量的伽馬射線；如果反物質(zhì)是由負(fù)能量組成的，那么正反物質(zhì)湮滅后什么也不會產(chǎn)生。負(fù)能量也不能理解成導(dǎo)致宇宙膨脹的暗能量，暗能量的作用力雖然與引力相反，但暗能量也是正的能量。

負(fù)能量的怪脾氣

負(fù)能量具有非常怪異的性質(zhì)，總是會導(dǎo)致附近真空緊跟著產(chǎn)生正能量，不論負(fù)能量是通過什么方式制造出來的，都會必然產(chǎn)生正能量。

根據(jù)能量守恒定律，所產(chǎn)生的正能量應(yīng)該正好能夠填補(bǔ)負(fù)能量凹坑，但實(shí)際上，正能量總是大于負(fù)能量，如果正能量緊跟著負(fù)能量的消失而產(chǎn)生，其強(qiáng)度往往比負(fù)能量大一些，但如果真空在負(fù)能量消失之后，沉悶了一段時(shí)間，再產(chǎn)生正能量的話，所產(chǎn)生的正能量就異常巨大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過負(fù)能量。在這里，能量守恒定律失靈了，由零產(chǎn)生的正負(fù)能量之和竟然總是大于零。對于這個(gè)現(xiàn)象，科學(xué)家起了個(gè)有趣的名字，叫“量子利息”現(xiàn)象。科學(xué)家把真空描述成一個(gè)精明的銀行家，負(fù)能量則是我們欠真空銀行家的債，這債務(wù)早晚是要償還的，而且償還的越晚，連本帶息需要償還的就越多。

負(fù)能量好像還違背熱力學(xué)第二定律。熱力學(xué)第二定律認(rèn)為，在沒有外界影響的情況下，一個(gè)系統(tǒng)總是越來越混亂。我們從上面已經(jīng)知道，負(fù)能量的存在必然伴隨正能量的出現(xiàn)，從空無之中產(chǎn)生了負(fù)能量和正能量，我們可以用負(fù)能量去冷卻冰箱散熱管，冰箱釋放的熱量被負(fù)能量吸收，正負(fù)抵消而變成空無，再用它產(chǎn)生的正能量去開動冰箱，這樣，空無產(chǎn)生的負(fù)能量和正能量讓物質(zhì)回到了更有序的狀態(tài)，于是得出的結(jié)果是：空無讓物質(zhì)回到了更有序的狀態(tài)！這樣好的事情到哪找？

另外，一股負(fù)能量如果存在的時(shí)間較短，那么它的強(qiáng)度就會較大，如果持續(xù)時(shí)間較長，其強(qiáng)度就會較小，這就像一籠包子一頓吃完能讓人吃飽，但若分許多頓吃，每次都吃不飽。還有，負(fù)能量的作用是與引力方向相反的。

負(fù)能量既然如此奇妙，我們趕快研究和制造負(fù)能量吧。那么，科學(xué)家是如何探測和制造負(fù)能量的呢？

負(fù)能量是能量低于零的能量坑，如何制造這種能量的坑洞呢？遇到這種難題，我們是頭腦發(fā)懵，無從下手，但科學(xué)家自有辦法。

擠壓光波產(chǎn)生負(fù)能量

電磁波是一種電場波和磁場波相互垂直交叉的橫波，存在能量的高峰和低谷，一般情況，電磁波的波谷部分能量也是大于零的，但是如果我們擠壓電磁波（或者發(fā)生電磁波的共振），讓它的振幅增大，也就是波峰更高，波谷更深，這時(shí)，波谷能量就很可能會低到負(fù)的程度。這時(shí)的電磁波波谷部分就是負(fù)能量。

例如讓一面鏡子鏡面朝前，快速向前運(yùn)動，這時(shí)的鏡面就可以讓光波產(chǎn)生負(fù)能量，因?yàn)楣獠ㄓ娑鴣恚R子又迎頭撞上，光波在鏡子表面的撞擊下就會擠壓自己。其中，波長較長的光波就會被擠壓出更高的波峰和更深的波谷，那么波谷特別深的光波就會產(chǎn)生負(fù)能量，可是用這種方式產(chǎn)生的負(fù)能量很小，我們眼睛還無法直接觀察到。

光波共振產(chǎn)生負(fù)能量

實(shí)驗(yàn)室一般用超高強(qiáng)度的激光來制造負(fù)能量。讓這部分激光進(jìn)入一種特殊晶體的光學(xué)共振器，它會把激光轉(zhuǎn)變成較低頻率的正負(fù)能量交替出現(xiàn)的共振光束，再通過一個(gè)快速旋轉(zhuǎn)的鏡子，鏡子的轉(zhuǎn)速正好可以通過反射把正負(fù)能量分開，可以從一端射出正能量，另一端射出負(fù)能量。共振光束波峰雖然更高了，但波谷更深了，這異常深的波谷就會制造出能量的凹坑——負(fù)能量。

通過以上原理，我們可以理解，哈奇森效應(yīng)就是負(fù)能量產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。哈奇森用電磁波擾動時(shí)空，會導(dǎo)致真空產(chǎn)生負(fù)能量，而負(fù)能量的出現(xiàn)，會導(dǎo)致較大的正能量跟著出現(xiàn)，于是就相當(dāng)于我們把真空能激發(fā)出來，產(chǎn)生意想不到的效果。

黑洞制造負(fù)能量

另外，引力場也會對它周圍的真空產(chǎn)生影響，尤其是較強(qiáng)大的引力場，例如黑洞產(chǎn)生的引力場，會對真空中的電磁波產(chǎn)生擠壓，從而導(dǎo)致真空中不斷產(chǎn)生較大的正負(fù)能量。如果正負(fù)能量分別位于黑洞視界內(nèi)外的話，那么位于視界外的正能量就可以離開黑洞邊界，而視界內(nèi)的負(fù)能量就會消耗掉黑洞的一點(diǎn)物質(zhì)或能量，讓黑洞的能量和質(zhì)量持續(xù)緩慢地減少，這就是霍金所說的黑洞蒸發(fā)現(xiàn)象。“霍金蒸發(fā)”并不是說吞噬一切的黑洞會向外輻射能量，而是真空中正負(fù)能量作用的結(jié)果。不過不同視界的黑洞產(chǎn)生的負(fù)能量大小也不同。

根據(jù)計(jì)算，黑洞越小，產(chǎn)生負(fù)能量的強(qiáng)度就越大，太陽那么大質(zhì)量（2x1030千克）的天體形成的黑洞，其視界半徑是2.95千米，它只能擠壓波長大于7.8千米的電磁波產(chǎn)生負(fù)能量。而地球那么大質(zhì)量（5.98x1024千克）的天體，其黑洞視界半徑是8.87毫米，它能擠壓波長大于23毫米的電磁波產(chǎn)生負(fù)能量；普朗克質(zhì)量（2.18x10-8千克）的物體，若形成黑洞，其視界半徑是3.23x10-35米，可以擠壓波長大于8.5x10-34米的電磁波產(chǎn)生負(fù)能量，我們知道，普朗克長度是1.6x10-35米，這說明普朗克質(zhì)量的物體產(chǎn)生的微型黑洞可以讓幾乎所有的電磁波產(chǎn)生負(fù)能量。

這說明，黑洞越小，霍金蒸發(fā)就越大，這與霍金的說法是一致的。我們還可以推測，地球上若出現(xiàn)微型黑洞，不用太微觀，大約一個(gè)質(zhì)子半徑（10-15米）那么大的微型黑洞，所產(chǎn)生的負(fù)能量也許就不少了，用于產(chǎn)生時(shí)空隧道還是可以的，也許地球上就有許多這種微型黑洞產(chǎn)生的時(shí)空隧道。 

如何觀察負(fù)能量

我們?nèi)绾斡^察到負(fù)能量的存在呢？除了上述的哈奇森效應(yīng)和共振魔力之外，根據(jù)科學(xué)家的研究，負(fù)能量的存在還會導(dǎo)致周圍的時(shí)空扭曲，因此，負(fù)能量周圍會出現(xiàn)像是通過透鏡看世界的感覺。而且在透鏡區(qū)域的邊緣會因光線匯聚而較亮，產(chǎn)生彩虹般的效果。

其實(shí)科學(xué)家觀察到的間距很小的兩塊平行導(dǎo)體板之間的微弱的作用力也有負(fù)能量的貢獻(xiàn)。研究發(fā)現(xiàn)，如果兩塊板的材料不同，一塊是純導(dǎo)電板，一塊是純導(dǎo)磁板，那么兩板之間就不再是吸引力，而是排斥力。根據(jù)科學(xué)家的分析，這種排斥作用就是負(fù)能量產(chǎn)生的。

負(fù)能量既然已經(jīng)能夠在實(shí)驗(yàn)室制造出來，那么將來乘坐時(shí)空泡泡進(jìn)行時(shí)空旅行將不再是科幻了吧？ 

得不到單純的負(fù)能量

量子物理學(xué)顯然是支持負(fù)能量存在的，但奇怪的是，量子物理學(xué)同時(shí)又嚴(yán)格限制了它，以防它發(fā)揮明顯的作用。首先，量子理論限制它無法完全與正能量分開，它的身邊必須有正能量存在，也就是負(fù)能量總是與正能量保持很近的距離，人們無法把它們完全分離開。

如果我們試圖把負(fù)能量關(guān)在盒子里，會怎么樣？例如，在負(fù)能量傳播方向上打開一個(gè)小盒子，等到負(fù)能量鉆進(jìn)盒子，正能量還沒有踏入的時(shí)候，趕緊把蓋子蓋上。我們可能會想，終于捕獲了純粹的負(fù)能量，但是你有所不知的是，就在蓋子蓋上的瞬間，盒子內(nèi)又產(chǎn)生了與盒子外同樣大小的正能量。可見，我們無法得到?jīng)]有正能量摻雜的純凈的負(fù)能量。

負(fù)能量時(shí)空泡泡必須很薄

量子理論對負(fù)能量的另一個(gè)限制是：一束負(fù)能量不可能同時(shí)具有足夠高的密度和分布在足夠大的空間內(nèi)。

例如，兩塊靠得很近的導(dǎo)電、導(dǎo)磁板，會產(chǎn)生恒定的排斥力，也就是負(fù)能量的密度可以保持恒定，但這作用力卻極微弱，異常靈敏的儀器才能測得出來。如果要獲得較大的負(fù)能量密度，也就是讓兩板之間的排斥力較大，就需要兩板之間距離非常小。負(fù)能量的強(qiáng)度與兩板之間距離的4次方成反比。如果要獲得足夠時(shí)空旅行的負(fù)能量，需要兩板之間的距離為10-32米，這只比宇宙中最小的長度——普朗克長度大1000倍。如果我們想乘坐以10倍光速穿梭的時(shí)空泡泡旅行，泡泡的壁厚需要限制在10-32米（這厚度只有質(zhì)子半徑的億億分之一），這如何造得出來？

也許你要說這是兩板之間自然產(chǎn)生的負(fù)能量，采用制造的負(fù)能量就可以了。但根據(jù)計(jì)算，即使是制造的負(fù)能量，也需要負(fù)能量厚度很小，只有10-18米，還是沒有一個(gè)質(zhì)子的半徑大，這讓工程師如何施工？而且別忘了，制造的負(fù)能量要想維持足夠長的時(shí)間，必然伴隨著巨大的正能量產(chǎn)生，所需要的負(fù)能量維持一天，由此產(chǎn)生的正能量就能夠制造出上億顆太陽大小的恒星！

如果我們想通過負(fù)能量進(jìn)行時(shí)空旅行的話，僅制造負(fù)能量時(shí)空泡泡的難度就讓我們知難而退了：時(shí)空旅行是不可能的。

不過，或許有一天，我們發(fā)現(xiàn)了更巧妙的制造負(fù)能量的方式，可以輕易制造出大量的負(fù)能量，并把由此產(chǎn)生的正能量通過蟲洞排放到另一個(gè)宇宙中，到那時(shí)，我們乘坐負(fù)能量時(shí)空泡泡，想去哪就去哪了。（完）