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

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

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：對于一個有質(zhì)量的物體，哪怕是一個質(zhì)量極小的粒子，其速度接近光速時，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，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)量的物體不可能達到光速，更不可能超光速。而現(xiàn)實中，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。

但頭腦靈活的科學家卻發(fā)現(xiàn)，上述推測之所以有如此的結(jié)論，是因為有質(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?，就很可能會趕在光子到達之前到達目的地，從而也就實現(xiàn)了某種意義上的超光速。

果然，科學家找到了這個捷徑，1992年，霍金就發(fā)表言論認為，任何形式的時空旅行都需要一種古怪的東西——負能量。1994年，墨西哥物理學家艾庫別赫根據(jù)相對論公式計算又發(fā)現(xiàn)，彎曲時空制造出的時空泡泡就可以以超光速瞬間消失，這是因為這種時空泡泡走了不同的時空路徑，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一個很遠的地方，泡泡內(nèi)包裹的空間也就跟著穿越了時空。

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現(xiàn)瞬間時空穿梭。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），因為飛船的運動只是隨著泡泡內(nèi)的時空走了捷徑，到達了在泡泡外的人看來很遙遠的地方，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。因此這樣一個超光速的時空泡泡并不違背相對論。

乘著10倍光速的時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，星星的顏色是藍色的，只有泡泡前后分界線上的星星還原地未動。到達目的地一段時間后，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！而實際上，他們已經(jīng)到達了。這時眼見可就不為實了。

但是計算顯示，要構造這樣一個時空泡泡，最關鍵的一點就是需要負能量，只要飛船前進方向的兩側(cè)有負能量存在，飛船就相當于被一個彎曲的時空泡泡包圍，隨著泡泡的前牽后推而前進。

負能量—能量的坑洞

負能量是什么？我們好像從來沒有聽說過。其實負能量已經(jīng)被某些科學家認真研究了至少二十多年了。負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的真空就應該沒有能量，也就是能量為零?？墒?，負能量竟然比能量為零時還低，這怎么可能呢？

我們可以把能量為零時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能量，它需要正能量（普通的能量）去填補，也就是負能量碰到正能量后會同歸于盡，變成啥也沒有的空無。

其實根據(jù)量子力學，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能量。

負能量可以理解為缺能量的坑洞，就像一個湖，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能量。負能量的傳播可以理解為能量坑洞在空間中的傳播，有點像氣泡在水中的運動那樣。

負能量的概念確實不好理解，有人或許會認為反物質(zhì)含有負能量，其實，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)是由負能量組成的，那么正反物質(zhì)湮滅后什么也不會產(chǎn)生。負能量也不能理解成導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。

負能量的怪脾氣

負能量具有非常怪異的性質(zhì)，總是會導致附近真空緊跟著產(chǎn)生正能量，不論負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)生的正能量應該正好能夠填補負能量凹坑，但實際上，正能量總是大于負能量，如果正能量緊跟著負能量的消失而產(chǎn)生，其強度往往比負能量大一些，但如果真空在負能量消失之后，沉悶了一段時間，再產(chǎn)生正能量的話，所產(chǎn)生的正能量就異常巨大，遠遠超過負能量。在這里，能量守恒定律失靈了，由零產(chǎn)生的正負能量之和竟然總是大于零。對于這個現(xiàn)象，科學家起了個有趣的名字，叫“量子利息”現(xiàn)象?？茖W家把真空描述成一個精明的銀行家，負能量則是我們欠真空銀行家的債，這債務早晚是要償還的，而且償還的越晚，連本帶息需要償還的就越多。

負能量好像還違背熱力學第二定律。熱力學第二定律認為，在沒有外界影響的情況下，一個系統(tǒng)總是越來越混亂。我們從上面已經(jīng)知道，負能量的存在必然伴隨正能量的出現(xiàn)，從空無之中產(chǎn)生了負能量和正能量，我們可以用負能量去冷卻冰箱散熱管，冰箱釋放的熱量被負能量吸收，正負抵消而變成空無，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，一股負能量如果存在的時間較短，那么它的強度就會較大，如果持續(xù)時間較長，其強度就會較小，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，負能量的作用是與引力方向相反的。

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

負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，但科學家自有辦法。

擠壓光波產(chǎn)生負能量

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，波谷能量就很可能會低到負的程度。這時的電磁波波谷部分就是負能量。

例如讓一面鏡子鏡面朝前，快速向前運動，這時的鏡面就可以讓光波產(chǎn)生負能量，因為光波迎面而來，鏡子又迎頭撞上，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)生負能量，可是用這種方式產(chǎn)生的負能量很小，我們眼睛還無法直接觀察到。

光波共振產(chǎn)生負能量

實驗室一般用超高強度的激光來制造負能量。讓這部分激光進入一種特殊晶體的光學共振器，它會把激光轉(zhuǎn)變成較低頻率的正負能量交替出現(xiàn)的共振光束，再通過一個快速旋轉(zhuǎn)的鏡子，鏡子的轉(zhuǎn)速正好可以通過反射把正負能量分開，可以從一端射出正能量，另一端射出負能量。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——負能量。

通過以上原理，我們可以理解，哈奇森效應就是負能量產(chǎn)生的一種現(xiàn)象。哈奇森用電磁波擾動時空，會導致真空產(chǎn)生負能量，而負能量的出現(xiàn)，會導致較大的正能量跟著出現(xiàn)，于是就相當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，從而導致真空中不斷產(chǎn)生較大的正負能量。如果正負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)的負能量就會消耗掉黑洞的一點物質(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?！盎艚鹫舭l(fā)”并不是說吞噬一切的黑洞會向外輻射能量，而是真空中正負能量作用的結(jié)果。不過不同視界的黑洞產(chǎn)生的負能量大小也不同。

根據(jù)計算，黑洞越小，產(chǎn)生負能量的強度就越大，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，大約一個質(zhì)子半徑（10-15米）那么大的微型黑洞，所產(chǎn)生的負能量也許就不少了，用于產(chǎn)生時空隧道還是可以的，也許地球上就有許多這種微型黑洞產(chǎn)生的時空隧道。 

如何觀察負能量

我們?nèi)绾斡^察到負能量的存在呢？除了上述的哈奇森效應和共振魔力之外，根據(jù)科學家的研究，負能量的存在還會導致周圍的時空扭曲，因此，負能量周圍會出現(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。

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

負能量既然已經(jīng)能夠在實驗室制造出來，那么將來乘坐時空泡泡進行時空旅行將不再是科幻了吧？ 

得不到單純的負能量

量子物理學顯然是支持負能量存在的，但奇怪的是，量子物理學同時又嚴格限制了它，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。

如果我們試圖把負能量關在盒子里，會怎么樣？例如，在負能量傳播方向上打開一個小盒子，等到負能量鉆進盒子，正能量還沒有踏入的時候，趕緊把蓋子蓋上。我們可能會想，終于捕獲了純粹的負能量，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?？梢?，我們無法得到?jīng)]有正能量摻雜的純凈的負能量。

負能量時空泡泡必須很薄

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

例如，兩塊靠得很近的導電、導磁板，會產(chǎn)生恒定的排斥力，也就是負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。負能量的強度與兩板之間距離的4次方成反比。如果要獲得足夠時空旅行的負能量，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)生的負能量，采用制造的負能量就可以了。但根據(jù)計算，即使是制造的負能量，也需要負能量厚度很小，只有10-18米，還是沒有一個質(zhì)子的半徑大，這讓工程師如何施工？而且別忘了，制造的負能量要想維持足夠長的時間，必然伴隨著巨大的正能量產(chǎn)生，所需要的負能量維持一天，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！

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

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