●科幻迷观影必备指南，大家可以从多个角度看这本书：

　　本书以《星际迷航》中的科幻内容作为引子和起点，从严谨的物理学的角度，探寻曲速飞行、时空旅行、纯能量体、隐形技术等一系列科学幻想的可能性与不可能性。

　　①欣赏《星际迷航》中所发生的事情；

　　②学习一些物理学知识；

　　③思考《星际迷航》中可以成为现实的地方；

　　④为了《星际迷航》技术的实现，必须解决什么问题

　　●《星际迷航》中的各种可能性，连通幻想和现实的桥梁。

　　时间旅行在未来有可能发生吗？它需要哪些条件？是什么限制了它？

　　“进取号”是如何在宇宙中进行曲速飞行的？

　　纯能量的“光子生命体”在现实的宇宙中有没有可能存在？

　　著名的 “皮卡德回旋”战术是怎么一回事？

　　传送系统的工作原理是什么？传送的是物质还是信息？

　　如何实现“反物质发动机”中反物质的供给和储存？

　　星舰上的惯性阻尼器和牵引光束可以用来做什么？

　　全息甲板与虚拟现实的区别？隐形技术是如何实现的？

　　正如《星际迷航》中，戴达说过的那样：“一切有可能发生的事情，*终都发生了。”在探索《星际迷航》里的物理学时，需要我们思考的并不是可操作性与不可操作性，而是这些科幻设想在未来的可能性与不可能性。
　　本书以《星际迷航》中的科幻内容作为引子和起点，从严谨的物理学的角度，探寻曲速飞行、时空旅行、纯能量体、隐形技术等一系列科学幻想的可能性与不可能性。涉及的理论从牛顿力学到相对论，从量子力学到弦论，从多维空间到黑洞，描绘出一幅现代物理学和宇宙学的宏伟图景。

　　（美国）劳伦斯·M.克劳斯
　　美国著名理论物理学家、评论家和备受赞誉的科普作家。是宇宙学和天体物理学研究领域备受推崇的国际领导者，凯斯西储大学的教授和教育与研究中心主任。出版了多部具有影响力的科普作品，著作《无中生有的宇宙》曾获2011年美国*科普图书奖。他还是纽约时报的评论家，被《科学美国人》杂志誉为“罕见的公共知识分子”。

序言
自序
修订版自序
第一部分 一场宇宙级别的纸牌游戏
第一章 牛顿开启牌局
惯性阻尼器
牵引光束
第二章 爱因斯坦加注
关于时间旅行的悖论
相对论与时空
冲量引擎
四维空间
第三章 霍金亮出底牌
时空的弯曲
虫洞：连接想象和现实的桥梁。
黑洞与霍金博士
重访时间机器
第四章 戴达结束牌局
空间的弯曲性与曲速引擎
可设计的时空
第二部分 无处不在的物质
第五章 传送原子，还是比特？
传送物质VS传送信息
传送系统
信息高速公路
量子力学的加入
量子隐形传态
传回飞船前的远程探测
第六章 正反物质与曲速引擎
反物质的储存
反物质的来源
假想的量子荷翻转器
二锂晶体
第七章 全息甲板和全息图
全息图像
全息甲板物质
第三部分 谁在作祟？是无形的宇宙，还是夜间的幽灵？
第八章 寻找斯波克
外星生命
宇宙的平直性
地球的演化与类地行星
宇宙广播
第九章 各种可能性
1．银河系以及宇宙的尺度
2．暗物质
3．中子星
4．其他维度
5．任意子
6．宇宙弦
7．量子计算
8．孤子
9．类星体
10．中微子
第十章 各种不可能性：无法触及的国度
“在宇宙里，没有人能够听见你的尖叫”(5)
比相位枪的光束还快
要是情节没问题的话，那事件视界可能就有问题了
全息医生有多少实体的部分呢？
到底是相间的，还是非相间
把洗澡水和婴儿一起倒掉
最冷能到多冷？
我看见光了！
吹毛求疵的天文学家
第一版以来的新进展
那些该死的中微子
后记
致谢

　　《星际迷航》这类科幻作品在娱乐大众的同时，也被赋予了另一个严肃的使命——开拓人类的想象力……其实科幻作品和科学发展之间是相互影响、相互作用的。科学家有时会借鉴科幻作品中的一些设定，并把它们运用到真实的科学理论当中；有时则会发现一些比科幻作品还要奇幻的科学理论。
　　——史蒂芬•霍金

　　序言
　　戴达邀请牛顿、爱因斯坦和我一起参加进取号上的这场纸牌游戏，对此我感到有些受宠若惊，因为他们两位都是引力研究领域的大师，尤其是那个不相信概率，或者说不相信上帝会掷骰子的爱因斯坦。在游戏中一直处于下风的我，现在突然有了一个扭转牌局的大好机会。然而即便我赢了这场游戏，也没有机会拿到应得的奖金。因为此时有人拉响了红色警戒，这场游戏不得不宣告中断。事后我曾试图联系派拉蒙影城，想让他们把我手中剩余的筹码兑换成现金，不过他们以不清楚这两者之间的兑换比例为由，委婉地拒绝了我。（译者注：霍金曾出演过《星际迷航》第六季最后一集）
　　《星际迷航》这类科幻作品在娱乐大众的同时，也被赋予了另一个严肃的使命——开拓人类的想象力。我们目前可能没有什么办法去探索那些宇宙中的荒漠，但我们至少能够在大脑中想象这些场景。我们不仅可以推测未来科技的发展方向，甚至可以大胆设想人类会对这些科技发展做出怎样的回应。其实科幻作品和科学发展之间是相互影响、相互作用的。科学家有时会借鉴科幻作品中的一些设定，并把它们运用到真实的科学理论当中；有时则会发现一些比科幻作品还要奇幻的科学理论。“黑洞”就是个很好的例子。其实最初它不叫黑洞，而是被叫作“冻成一坨的星域”，或是“一坨引力完全坍缩的物体”。“黑洞”这个简短但意境深邃的名字，是受物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒的启发，而更改过来的。如果科学界沿用了之前拗口的名字，那么与之相关的科幻作品，可能连现在的一半都没有。
　　在《星际迷航》和许多其他科幻作品中，都有一个共同的重要设定，那就是超光速旅行。的确，这个设定对整个《星际迷航》的故事构架来说是不可或缺的。假如现在进取号的飞行速度受到了限制，只能和光速保持同样大小，那么就会出现一种奇异的时空现象——对于同样的一段往返银河中心的旅程，从进取号船员的角度来看，不过是短短几年；而从地球上的角度来看，将是漫长的8万年！当你回到地球上打算拥抱阔别已久的家人时，你会发现一切都已沧海桑田，物是人非。
　　幸运的是，爱因斯坦的广义相对论为我们提供了一个可能的解决方案：人类可以尝试将时空弯曲化，进而创造出一个直达目的地的捷径。尽管这样做会涉及复杂的负能量问题，但我相信人类在未来可以解决掉这些困难，最终掌握弯曲时空的能力。之所以目前没有关于弯曲时空的、令人信服的科研成果，在我看来，是因为这些事情过于虚幻——一旦人类成功地弯曲了时空，那么我们将不仅能够进行快速的星际旅行，甚至还能够让时光发生倒流，这分明就是科幻作品里才会出现的情节。假如美国国家科学基金会出资，支持科学家研究时空旅行这件事儿被泄露出去，那么来自大众的怨声将不难想象——“这不是浪费我们纳税人的钱么！”正是因为考虑到了这一点，在这个领域工作的科学家们才会不遗余力地、试图用“封闭类时曲线”之类的科学名词作为“时空旅行”的暗语，来掩饰自己真实的工作内容。然而事实上，今天的科幻情节，经常会成为明天的科学事实。因此《星际迷航》中涉及的那些物理现象，非常值得我们深入探究一番。宇宙包罗星海，浩瀚无垠。如果我们仅仅把目光停留在这小小的地球上，那么人类的一切文明，也将永远被囚禁于这沧海中的一粟上。
　　史蒂芬·霍金

　　《〈星际迷航〉里的物理学》：
　　究竟发生了什么？这并不是星舰即将毁于“相间漂流”的预兆，也不是罗慕伦帝国的隐形战机来袭，而是你已经受作用于某种更强大的力量，成为它的牺牲品。因为此时那位聪明绝顶、被你寄予厚望的《星际迷航》的编剧，尚未构思出那个后续作品中常见的设备——惯性阻尼器。你应该已经猜到了，那个让你成为牺牲品的力量其实不是什么新奇的东西，而是源自高中物理中最容易忘记的那条定律——牛顿运动定律。
　　看到这里，可能会有一些《星际迷航》影迷表示不满：“这样好没劲啊！我并不想把牛顿定律重新学一遍！请直接回答那些我们真正想了解的问题！比如‘曲速引擎的工作原理’‘达到翘曲速度之前的闪烁到底是怎么回事？是不是就像音爆一样？’或者‘什么是二锂晶体？’”请各位读者放心，这些问题在《〈星际迷航〉里的物理学》中会一一得到解答。想要畅游《星际迷航》的世界，必然要了解那些无比新奇的物理知识。然而只有把零散的知识拼凑起来，我们才能真正解决各位读者最关心的那个问题：“《星际迷航》中的那些神奇景象真的能实现吗？如果答案是能，那它们又是怎样实现的呢？”
　　且不说探索无人深空，就连离开星际舰队总部这样简单的行动，都和300多年前伽利略与牛顿面对的问题一样困难。而激励人们不断探索的最终动机，将是一个宇宙级别的问题，也是吉恩·罗登贝瑞在《星际迷航》中所要阐述的核心问题，同时也是我在这《〈星际迷航〉里的物理学》中不断探索的一个问题：以现如今的科学水平为画笔，我们能描绘出怎样的未来文明呢？
　　坐过飞机或汽车的人都知道，交通工具从静止到开始提速的过程中，乘客会有一种被推向座椅的感觉，这种感觉在星舰上会尤为突出。这是因为冲量引擎中正在进行核聚变反应，该反应会产生强大的压力，推动一些气体和放射物质以极高的速度从舰尾喷出。这些气体和放射物质在脱离发动机的过程中，会对发动机造成一个反作用力，使得发动机因“反冲作用”向前运动。由于发动机固定在星舰上，因此星舰也会跟着发动机一起向前运动。掌航的你，也会被座椅对你产生的力推着前进。反过来，你的身体也会对座椅产生一个向后的作用力。
　　这里有一个让人头大的问题。当一个锤子以极高的速度砸向你的头部时，会对你的头骨造成一个致命的冲击力。如果座椅对你产生的力过大，那么它也会像锤子一样置你于死地。对于这个在高速加速过程中（如飞机起飞或火箭发射）人体感受到的力，喷气机飞行员和美国航空航天局给它起了一个特别的名字——G力。我臀部疼痛的现象也可以用G力来解释：坐在电脑前忙着打字时，我可以感觉到办公椅始终存在着一种作用于我臀部的、我早就习以为常的力（这里还要补充一点，此时此刻我的臀部正在以一种非常不雅的方式和这种力斗争）。这个作用在我臀部上的力正是由于重力而产生的。如果不受任何阻碍，那么我将会因重力不断加速着坠入地球内部。我之所以没有从办公椅上坠入地球内部，是因为大地为房子提供了一个向上的反作用力，这个力通过钢筋混凝土结构传到我所在的二楼书房的木制地板上，地板又对我的办公椅施加了一个力，办公椅又会对我身体和办公椅相接触的部位施加一个支撑力。假如地球质量增加一倍而直径不变，那么我臀部所感受到的力也会增加一倍。此时为与重力保持平衡，各处向上的反作用力也要增加一倍。
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