1.4　一個星際旅行的理論

在我第一次看到這部電影的劇本時，我很快就意識到，如果想為電影提出條理清晰的建議，我需要為電影中發(fā)生的事創(chuàng)建出一套具體的理論。遺憾的是，留給我的時間并不多，最后我基本上只有一個晚上的時間去發(fā)明這個星際旅行的理論。下面是那天晚上我為電影制作方撰寫的理論的開頭部分：

很明顯，其中所有的物理學細節(jié)在電影中都不是必需的。但是要對劇本提出思路清晰、前后一致的建議，把這些細節(jié)想清楚是很有必要的，而且它們也是影片對白中科幻內(nèi)容的依據(jù)。下面是一些最終沒有被劇本采用的對白（大概是因為采用了更好的）：“整艘飛船在穿越太空時就像一個巨型量子粒子。”“外星人必須在普朗克尺度上直接操縱時空網(wǎng)絡(luò)。”“飛船表面出現(xiàn)時空湍流。”“好像飛船表面有無窮多種類型的原子，遠遠超過我們已知的元素種類。”（發(fā)射單色激光到飛船表面，能看到像彩虹一樣的反射光，這應該與那些未知元素有關(guān)。）對于一個像我這樣的“真正的科學家”來說，寫這樣的東西的確很有意思。這是一種思想的解放，對白中每一個科學幻想片段都可以把人帶到一場漫長而嚴肅的物理學討論中。

我想為這部電影創(chuàng)造一個獨特的星際旅行的理論，說不準將來的某一天這個理論就會被證實。但是到目前為止，我們還不確定，實際上，據(jù)我們目前所知，我們只能通過對已知物理學做一些簡單的“非常規(guī)處理”才能使星際旅行成為可能。例如，我在 1982 年做的一些工作展示了一個聽起來類似悖論的推論：按照標準量子場論，我們可以持續(xù)不斷地從真空中提取“零點能”10。多年以來，這個基本機制可能已經(jīng)是被借用最多的星際旅行的能量來源了，即使我自己都不相信它。（我認為這種說法對材料的理想化處理有點過頭了。）

10現(xiàn)代科學家認為真空并不意味著一無所有，真空是由正電子和負電子旋轉(zhuǎn)波包組成的系統(tǒng)。而與這種現(xiàn)象伴生的能量就稱為零點能（zero-point energy），也就是說，即使在絕對零度，這種真空活性仍然保持著。

或許有一個更加實際的方法，至少能夠推動小型太空船（這個說法最近也變得流行了），就是利用激光的光壓將其推到附近的恒星。又或許可以實施一種“黑洞工程”，在標準的愛因斯坦引力理論下，創(chuàng)造一種合適的時空扭曲。我們要意識到：即使我們已經(jīng)掌握了物理學基礎(chǔ)理論（這一天何時能來？），我們?nèi)匀豢赡苡泻芏嗍聸]法確定，比如在我們的宇宙中超光速旅行是否可能。

有沒有一種方法，可以給量子場、黑洞或其他什么東西設(shè)定一種配置，使它們表現(xiàn)出像現(xiàn)在這樣的特性？計算不可歸約性（computational irreducibility，與不可判定性相關(guān)，例如哥德爾定理11、停機問題12，等等）告訴我們，要設(shè)定這樣的配置，其復雜度與難度可能是沒有上限的。人們可能要窮盡宇宙歷史上可以獲得的所有算力，甚至還不夠，試圖發(fā)明所需的結(jié)構(gòu)，卻永遠無法確定其是否能實現(xiàn)。

11哥德爾定理（G?del's theorem）是兩大相關(guān)的不完全性定理（theorems of incompleteness）。第一條定理聲明，在任何一種內(nèi)部一致（即無矛盾）的形式體系（數(shù)學或邏輯體系）中，必定有某種結(jié)構(gòu)完整的命題是無法證實或證偽的，換句話說，從形式上無法判定。事實上，哥德爾表明，這種命題就等同于“說謊者悖論”（liar paradox）中“本句話無可證明”之類的命題。若真，則這句話為假；若假，則這句話為真。第二條定理則揭示了，人無法在某系統(tǒng)內(nèi)部證明該系統(tǒng)是內(nèi)部一致的。

12停機問題（halting problem）是指已知一個對于任意計算機程序的描述和一個輸入，確定這個程序會停止運行還是繼續(xù)運行下去的問題。停機問題是不可判定的，意味著不存在一個通用算法，它可以為所有可能的 < 程序，輸入 > 解決停機問題。停機問題本質(zhì)上是在說計算機不是無所不能的。