【博科园-科学科普】即时通讯，星际宇宙飞船的梦想，以及时光倒流的能力是科幻小说的主要内容。在许多方面它们代表着人类最大的希望，然而他们却依赖于那些超出目前科学所知的可能性的技术。尽管如此在探索前沿进行的实验中有可能在任何时候打开一扇新的门。如果幸运的话地平线上还有什么？
在所有实验中阿尔法合作都是最接近于测量在引力场中中性反物质的行为的。根据研究结果这可能为令人难以置信的新技术打开大门。图片版权：Maximilien Brice/CERN
如果我们有运气的话，未来几十年将要发生的科学实验将会为我们打开一种科幻电影技术的新途径吗？在21世纪结束的时候，有许多奇妙的可能性可以重塑我们的现实。
所有的火箭设想都需要某种燃料，但如果一个暗物质引擎被制造出来，新燃料总能通过穿越银河系的方式找到。图片版权：NASA/MSFC
暗物质可能是一个无限的燃料来源，我们不需要随身携带。科学上最大的谜团之一就是暗物质的本质是什么。由于间接观察我们知道它确实存在，而且我们知道它很丰富。如果你把所有的暗物质都加在一个大星系里，就像我们银河系一样，你会发现它的数量是正常的(原子的)的五倍。
几乎可以肯定的是它是由一种具有一般性质的粒子构成的：
1、它有质量
2、它没有电或颜色的电荷
3、它有一个引力相互作用
4、在某种程度上它应该能够与自身和/或正常物质发生碰撞
从爱因斯坦著名的E = mc ^ 2方程中有一个巨大的能量存储在暗物质：五倍的普通物质的总和，如果宇宙对我们很好话或许就能驾驭它。
星团Abell370的质量分布图，通过引力透镜重建显示了两个大而扩散的质量的光环，与暗物质和两个合并的星团一致，以创造我们在这里看到的东西。总的来说在每一个星系、星系团和大量的普通物质中存在着5倍的暗物质。图片版权：NASA,ESA, D. Harvey (?cole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland), R. Massey (Durham University, UK), the Hubble SM4 ERO Team and ST-ECF
有大量的实验都在寻找暗物质与普通物质和自身的碰撞。一般来说有两种粒子：费米子(半整数自旋)和玻色子(有整数自旋)。如果暗物质是玻色子那就意味着它最有可能是它自己的反粒子，也就是说如果你能利用两个暗物质粒子，让它们相互作用，它们就会湮灭。
如果它们湮灭就产生纯能量。换句话说这是一个自由且无限的能量来源。因为它无处不在，当你穿越宇宙时你甚至不需要带着它。所以当你听到实验中寻找暗物质的时候，我们所得到无限自由能量是最终的梦想。
这是《星际迷航》中扭曲力场的一个例子，它缩短了前面的空间，同时延长了它后面的空间。图片版权：Trekky0623 of EnglishWikipedia
反物质可以有负质量，这意味着它可能是翘曲驱动器的关键。如果你想去星际旅行那么传统的能源和燃料来源是远远不够的。或者更确切地说它们只会让你跑得那么快，将永远被光速所限制。距离地球最近的类似太阳的恒星Tau Ceti距地球约12光年，这意味着即使到达那里并将其类似的消息传回来，这至少需要一代人的时间。但如果我们能在我们穿越星际空间的时候缩小我们面前的空间，同时扩大我们身后的空间，我们就能更快地到达那里。这就是在1994年由天体物理学家Miguel Alcubierre在坚实的物理基础上的“翘曲驱动器”的想法。
Alcubierre解决广义相对论，使运动类似于翘曲运动。这个解需要负质量。图片版权：Wikimedia Commons user AllenMcC
为了达到实现翘曲驱动器所需的时空配置，需要两件事：大量的能量以及负质量的存在。
这个负质量目前只是推测性的，被要求以适当的方式变形时空，使翘曲运动成为可能。然而目前尚未测量过反物质粒子的质量，是否在引力场中“向下”或“向上”，是一个未最终完成的实验。CERN的ALPHA实验目前正在研究反物质的引力效应，以及它在引力场中的表现。如果答案是它在引力场中“上升”，我们就可能得到负质量，而翘曲驱动器是可能的。
CAM(离心机住宿模块)的虚拟铁鸟工具是一种制造人造重力的方法，但它需要大量的能量，只允许一个非常具体的中心寻求的力量。真正的人造重力需要一些与负质量有关的东西。图片版权：NASA Ame
负质量也允许我们制造人造重力。同样的可能性——在宇宙中存在某种类型的负质量将使我们能够以一种我们目前无法做到的方式创造一个人造重力场。电磁学中正电荷和负电荷的存在使我们能够产生导体，从而使我们能够操纵它们之间的电场，并使我们远离它们之外的任何电场。正如我们现在所理解的引力只有一种：正质量。然而如果我们正确地配置它，它的存在将使我们能够创造一个真正的零重力环境，同时赋予我们创造一个在两个正质量/负质量系统之间我们想要的任何大小的人造重力场。
时光倒流的想法现在被归入了科幻小说的范畴。然而如果宇宙中有封闭的时间型曲线，这不仅是可能的而且是不可避免的。图片版权：Genty / Pixabay
一个旋转的宇宙可以让我们回到过去。时间旅行不仅是可能的，而且是不可避免的前进的方向。随着空间和时间统一到时空的结构中，它将需要一些主要的调整以使时间旅行在向后的方向。回到你在太空的起始位置很容易：当它回到太阳周围的起点时，地球会会在一个相当大的时间里(一年)向前走，“封闭的空间型曲线”很容易实现。要及时回到你的起点需要一些的东西：一个“封闭的时间曲线”是膨胀的、充满物质的宇宙所没有的特征，除非宇宙在旋转。
它不会仅仅是一个旋转产生封闭的时间曲线的单个星系，而是整个宇宙在全球范围内。图片版权：University of Warwick
在一个旋转的宇宙中存在一个精确的解，如果物质密度和宇宙常数(即暗能量)有特定的值，宇宙一定有封闭的时间型曲线。到目前为止我们只推测了宇宙的整体旋转，但我们还没有排除它。如果宇宙在一个特定的速率下旋转，平衡了物质密度和宇宙常数的要求，那么我们完全有可能回到过去，回到你的出发点，不仅是在空间上而且是在时空中。如果存在的话即将到来的WFIRST或LSST天文台将会进行的大规模观测，可能会显示出这样的旋转。
这是NASA WFIRST卫星的概念图像，它将于2024年发射并给我们提供有史以来最精确的暗能量测量，以及其他难以置信的宇宙发现。图片版权：NASA/GSFC/Conceptual Image Lab
科学上总是有更多奇异的可能性——物理物体的传送，间断地点之间的瞬时旅行(虫洞)，或比光速更快的通信等等。只要有一个实验给出了意想不到的结果，然而我们不得不去看，科学并不是一个有终点的故事，我们在那里学习所有的知识，这是一个持续的探索故事，每一个发现每一个数据点，每一个实验都不可避免地导致更深层次的问题。无论这条路如何走到我们身边，重要的是要预见到这些可能性，以及在旅程的每一步都要让它们成真的可能性。
参考：Wikimedia，NASA，ESA，CERN等等
作者：EthanSiegel（天体物理学家）
来自：Forbes
编译：光量子
审校：博科园
