自從星艦“企業號”於 1966 年首次掠過電視螢幕以來，《星際迷航》就以其對未來太空航行人類的描繪激勵了觀眾，他們大膽地前往前人未至之境。
創作者吉恩·羅登貝瑞的願景繼續激發了其他五個電視劇系列，現在又有了 11 部電影，一部新電影本週將在多家影院上映。這部前傳，簡稱為《星際迷航》，由 J. J. 艾布拉姆斯執導——電視劇《迷失》和《危機邊緣》以及其他專案的幕後推手——記錄了柯克艦長和他的一些“企業號”船員的早期歲月，包括斯波克、麥考伊和烏胡拉。
為了瞭解有多少實際科學融入了《星際迷航》的科幻宇宙，《ScientificAmerican.com》採訪了勞倫斯·克勞斯，《星際迷航的物理學》的作者，該書的第一版於 1995 年在書店上架。克勞斯是亞利桑那州立大學地球與空間探索學院的理論物理學家，也是該大學起源倡議的負責人，該專案探索人類意識和宇宙起源等重大問題。克勞斯還是其他幾本書的作者，也是《大眾科學》文章“宇宙學的終結？”、“宇宙之謎”和“科學應該與信仰對話嗎？”的合著者。
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我們詢問了克勞斯關於《星際迷航》宇宙中跨界的可信度，包括曲速、克林貢人這樣的人形外星人，當然，還有是否有人會在不久的將來被斯科蒂“傳送”上來。
[以下是對話的編輯稿。]
您大約在 15 年前撰寫了第一版《星際迷航的物理學》。自那時以來，科學領域發生鉅變的例子是什麼？
當我第一次寫這本書時，我們認為大多數恆星都可能有行星，但我們不知道系外行星形成的頻率或多樣性。[自從 1995 年發現第一顆繞太陽以外的正常恆星執行的行星以來，已經發現了300 多顆系外行星。——編者注]
所以我們知道這些行星就在那裡。那麼實際到達它們呢？讓我們談談曲速引擎。
我認為我們離曲速引擎還差得很遠——它過去是，現在仍然是一個瘋狂的想法。應用我們對廣義相對論的瞭解，原則上超光速旅行是可能的。你可以擴充套件你身後的空間，收縮你面前的空間，因此快速地從銀河系的一個地方到達另一個地方。但是所需的能量是難以想象的。因此，雖然快速到達系外行星仍然遙不可及，但緩慢到達它們並不比以前更遙不可及。我認為這將是我們最終實現的方式——我們不會在不久的將來建造麴速引擎。
正如原版電視劇和《下一代》的片頭字幕所說，當我們“尋找新的生命和新的文明”時，您認為我們真的會在地球之外找到任何生命嗎？
我們不僅瞭解到地球上的生命遠比我們曾經認為的更加頑強，並且生活在我們曾經認為不可能的環境中，而且還有一些生命形式可以在相當極端的環境下休眠數百萬年。 泛種論的思想，即微生物生命可以跨越行星際距離，甚至可能跨越星際距離，播種到其他世界，現在已經不再那麼瘋狂了。我們還了解到，即使在我們太陽系中，也有一些環境對生命很有希望。 火星上有水，而且可能曾經溫暖； 木星的衛星歐羅巴可能有一個液態海洋。對於不在恆星周圍[類地]宜居帶中的系外行星，也許它們擁有適合[非類地]生命生存的環境。也許那裡存在基於矽而非像我們這樣的基於碳的生命。
那麼像瓦肯人、克林貢人和羅慕倫人，以及《星際迷航》中幾乎所有其他種族這樣，和我們相似的外星人呢？
雖然其他地方不存在生命的可能性極小，但在我看來，外星生命與地球上的生命相似的可能性可能也不大。
至於如何應對潛在的敵對外星人，什麼是相位槍？
相位槍就像雷射一樣，實際上——它們是定向能武器。
它們有一天會存在嗎？
我剛在我的 iPhone 上安裝了一個。您可以上網下載一個相位槍應用程式，因為新電影上映了。我想我最好擁有它。
但是真相位槍的問題在於，很難產生能量將某物或某人加熱到十億度以使其汽化。你也會得到一些後坐力。
那麼太空武器——也就是光子魚雷呢？
好吧，我永遠無法理解這個名字，因為光子魚雷是反物質武器。那樣你會獲得最大的爆炸效果——當你用反物質湮滅物質時，你永遠不會獲得比這更多的能量。這就是為什麼曲速引擎也是反物質驅動的。當然，製造反物質很困難，更不用說隨身攜帶了。產生反物質需要巨大的能量。如果我們使用芝加哥郊外費米實驗室的反物質製造裝置，能源成本將是美國國民生產總值的數千倍，才能產生足夠點亮燈泡的反物質。至於儲存反物質，你需要巨大的磁場來防止它接觸由物質製成的容器壁。考慮到維持反物質存在的必要基礎設施，每盎司攜帶氫彈可能更有效。
如果太空武器瞄準的是你呢？
《星際迷航》中的護盾透過像重力一樣彎曲空間來工作，因此物體隨著空間被彎曲到船隻周圍而被帶走。聽起來當然很棒，但正如我在我的書中說的那樣，太陽的質量是地球的數百萬倍，它彎曲光線的角度還不到千分之一度。因此，很難想象需要多少引力能量才能使某物偏轉 90 度。我認為唯一可行的護盾型別是那些可以在來襲物體擊中你之前將其摧毀的護盾，而不是轉移它。
接下來，“傳送我上去”。傳送器有多麼合理？
正如我很快發現的那樣，我不會像《星際迷航》的編劇那樣製造傳送器。首先，你把某人分解成物質流，儘管將一個人分解到原子水平需要將他們加熱到幾十億度。然後你把他們變成能量。然而，一個普通人的能量當量大約相當於 1000 兆噸的核武器，所以這對環境也不友好。
所以我可以像我上網衝浪時那樣做——我移動位元。我會掃描你並嘗試獲取所有資訊，位元，這些位元讓你成為人類。但這資訊量太大了。從地球上，你必須堆疊 100 GB 的硬碟，才能堆到銀河系中心的三分之一左右才能容納所有資訊。按照目前的資訊傳輸速率，傳輸如此多的資料將花費比宇宙年齡更長的時間。但關鍵的障礙仍然是海森堡不確定性原理，該原理指出我無法在原子水平掃描和測量你，以製作你的精確複製品，更不用說在遠處以原子解析度將你組合起來。[正如克勞斯在他的書中指出的那樣，《星際迷航》的編劇透過為傳送器配備“海森堡補償器”來繞過這個物理障礙。——編者注]
那麼量子隱形傳態呢？
這是自本書首次出版以來發生的事情之一。 量子隱形傳態對單個原子所做的事情本質上與傳送器應該對人做的事情相同。這種現象僅在單個原子態下才有可能，因為量子力學的怪異性。如果人是量子力學的，我們可以撞牆，並且偶爾我們可以穿過它們。我認識的人中還沒有發生過這種情況，但如果你願意，你可以嘗試做實驗。因此，我們將能夠對單個原子或分子做到這一點，但對匈牙利燉牛肉或人則不行。
像瑞士日內瓦附近的大型強子對撞機 (LHC) 及其同類粒子加速器，如何推動目前所理解的物理學的邊界，並可能使我們更接近《星際迷航》？
毫無疑問，我們將從這些機器中更多地瞭解空間、時間和物質的基本性質，這將顯然有助於我們理解最終將與從額外維度到創造我們可能需要用於曲速引擎的奇異能量配置等一切相關的問題。在 LHC 中，我們甚至有可能實際發現超出我們測量的四個維度的空間額外維度。這些維度甚至可能足夠大，可以容納外星人或其他宇宙——從《星際迷航》的角度來看，沒有什麼比這更好了，對吧？
與暗能量相關的《星際迷航》的潛在見解有哪些？ 暗能量在整個空曠空間中產生一種引力排斥力。事實上，暗能量正在導致宇宙的某些區域現在以超過光速的速度遠離我們，或者在《星際迷航》意義上以“曲速”遠離我們。暗能量正是你需要放在宇宙飛船後面，以使其身後的空間呈指數級膨脹，並使飛船以超光速飛行的東西。不幸的是，正如我所寫的那樣，這種膨脹的影響是宇宙的其餘部分將在我們眼前消失。
時間旅行：你認為時間旅行有可能嗎？
時間旅行劇集是我在《星際迷航》中最喜歡的劇集。它們通常歸結為某種奇怪的悖論。如果時間旅行是可能的，那麼我們必須以某種方式理解我們如何構建一個物理宇宙，在其中你可以在你出生之前殺死你的祖母。
我在我的書中給出的一個例子是蟲洞，其中一個洞口在空間中快速移動，另一個是靜態的。假設蟲洞的一個洞口在一個大的圓圈中移動，大約五光年，並且它幾乎需要五年才能在該圓圈中移動。如果你坐在快速移動的蟲洞末端，由於狹義相對論，你的時鐘會變慢，因此整個旅程可能只需要一週時間。如果你然後穿過蟲洞，你會在時間上倒退五年減一週出來。假設蟲洞位於兩光年之外，你以接近光速的速度返回，那麼你可以在你離開前三年回到。
如果你可以建立一個可穿越的蟲洞，那麼你可以建立一個時間機器，這是毫無疑問的。但問題是：你能建立一個可穿越的蟲洞嗎？而這一切都取決於是否具有奇怪的負能量配置。我們根本不知道這是否可能。這並沒有被排除，但我不願意為此打賭。對於像我這樣的人來說，這是一個現代物理學的開放性問題，我們每天都在繼續研究。
最大的問題：在所有電視劇集中，你最喜歡哪一部？ 《下一代》總體上是最好的系列，儘管我認為如果你暫停懷疑，並考慮到特效要差得多，那麼一些最好的獨立劇集可能出現在第一部經典系列中。
如果你必須只選一個，你最喜歡的《星際迷航》角色是誰？
我一直喜歡科學人員。所以在某種意義上，斯波克在第一個系列中很有趣，我有點喜歡 Data [《下一代》中的機器人]。Data 可能是我最喜歡的角色。