图片来自rafu.com

作者：加来道雄（日裔美国理论物理学家、未来学家）

是否有一天，我们可以穿墙而行，建造比光速更快的船只，阅读他人的思想，变得隐形，用思想的力量移动物体，并将我们的身体瞬间传送到太空？

我从小就对这些问题着迷。和许多物理学家一样，我从小就对时间旅行、激光枪、力场、平行宇宙等的可能性着迷。魔法、奇幻和科幻小说都是我尽情发挥想象力的广阔游乐场。

他们开始了我对不可能的一生的热爱。

我还记得在电视上看过《飞侠哥顿》的重播。每个周六我都粘在电视前，看闪电侠、扎尔科夫博士、戴尔·阿登的冒险故事，还有眼花缭乱的未来科技装备（火箭飞船、隐形盾牌、激光枪、飞行器等）城市。 ）很惊讶。我从来没有错过过一周的播出，它为我打开了一个全新的世界。

想到有一天能够飞往一颗陌生的星球并探索其独特的景观，我感到非常兴奋。我被这些令人惊叹的发明的磁场所吸引，并明白我的命运在某种程度上与这部剧中所呈现的科学奇迹息息相关。

事实证明，我的经历并不是独一无二的。许多杰出的科学家首先是通过接触科幻作品而对科学产生兴趣的。

伟大的天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble) 痴迷于儒勒·凡尔纳(Jules Verne) 的著作。读完凡尔纳的著作后，哈勃放弃了一份很有前途的法律工作，违背父亲的意愿，从事科学事业，最终成为20世纪最伟大的天文学家。

阿尔伯特·爱因斯坦去世时，我还是个孩子，但我记得人们低声谈论他的生与死。第二天，我在报纸上看到了他办公桌的照片，上面有他最伟大的未完成研究的手稿。我问自己，有什么事情如此重要，以至于我们这个时代最伟大的科学家都无法完成它？

报纸上的文章称，爱因斯坦有一个不可能实现的梦想，这是一个无人能解决的难题。我花了很多年才弄清楚那份手稿是什么：一个宏大的、统一的“万物理论”。他为之花费了生命最后30 年的梦想，帮助我将精力集中在想象力上。我希望我能在爱因斯坦未竟的事业中扮演一个小角色，即将所有的物理定律统一成一个单一的理论。

随着年龄的增长，我意识到虽然闪电侠戈登是一个英雄并且总是能赢得女孩的青睐，但实际上是科学家们让这部剧取得了成功。没有扎科夫博士，就不会有火箭飞船，也不会有前往蒙格星球的旅行，地球也不会被拯救。英雄主义必须靠边站，没有科学就没有科幻小说。

我开始明白，这些故事从科学的角度来看是完全不可能的，只是想象的产物。长大意味着把这样的幻想抛在一边。

我被教导在现实生活中必须放弃不可能的事情，拥抱现实。

如果我继续沉迷于不可能的事情，解决方案就进入了物理学领域。如果没有尖端物理学的坚实基础，我将永远沉思未来的技术，而不了解它们是否真的有效。我意识到我必须专注于高等数学并学习理论物理。所以我做到了。

当我上高中时，我在母亲的车库里建造了一个核粒子加速器作为科学博览会项目。我去了西屋公司并收集了400 磅变压器废料。圣诞节期间，我在高中橄榄球场上缠绕了22 英里的铜线。最后，我建造了一个功率为230万电子伏的电子感应加速器。它消耗6千瓦的电力（相当于我家的总发电量），可以产生相当于地球磁场2万倍的磁场。目标是发射出强大到足以产生反物质的伽马射线（gammarays）。

我的科学博览会项目让我参加了国家科学博览会，并最终实现了我获得哈佛大学奖学金的梦想。在那里我终于能够追求成为理论物理学家的目标，追随我的偶像——爱因斯坦的脚步。

今天，我仍然收到科幻作家和剧本作家发来的电子邮件，要求我帮助他们探索物理定律的极限，使他们的故事更有说服力。

01 “不可能”是相对的

作为一名物理学家，我认识到“不可能”通常是一个相对的概念。当我年轻的时候，有一天，我的老师靠近墙上的世界地图，指着南美洲和非洲的海岸线。 “这不是一个奇怪的巧合吗？”她说。 “两条海岸线的形状相互吻合，就像一块拼图？一些科学家推测它们可能是同一个广阔大陆的两个部分。但这是愚蠢的想法，没有任何力量可以将两块巨大的大陆分开。是没有希望的。”

次年我们了解了恐龙。我们的老师告诉我们，恐龙统治了地球数百万年，然后有一天它们全部消失了。是不是很奇怪？没有人知道它们为何灭绝。一些古生物学家认为，来自太空的流星可能杀死了他们，但这是不可能的，更像是科幻小说中的情节。

今天，我们知道大陆确实在板块构造过程中移动，而6500 万年前一颗六英里宽的巨大流星最有可能是导致恐龙和地球上大部分生命灭绝的罪魁祸首。在我短暂的一生中，我一次又一次地看到看似不可能的事情变成了既定的科学事实。那么，我们是否有可能有一天能够将自己从一个地方传送到另一个地方，或者建造一艘宇宙飞船，有一天可以将我们带到光年之外的星球？

一般来说，如此伟大的成就在今天的物理学家看来是不可能实现的。几个世纪后，或者技术更先进的几千年后，或者一百万年后，它们是否可能实现？如果我们以某种方式遇到了一个比我们领先一百万年的文明，他们的共同技术对我们来说会像“魔法”吗？仅仅因为某些事情在今天是“不可能”的，那么在未来的几个世纪或数百万年里它仍然是不可能的吗？

20世纪科学取得了巨大的进步，特别是量子论和广义相对论的诞生。现在我们可以粗略地估计这些奇妙的技术有一天会实现（如果确实会发生的话）。现在，随着更先进的理论（例如弦理论）的出现，甚至一些科幻小说中的概念（例如时间旅行和平行宇宙）也正在被物理学家重新评估。回顾150年前那些当时被科学家宣称“不可能”的科技成果，如今已经成为我们日常生活的一部分。

儒勒·凡尔纳于1863 年完成了一部小说—— 《20世纪的巴黎》。这部小说被尘封并被遗忘了一个多世纪，直到凡尔纳的曾孙发现了它并于1994 年首次出版。在书中，凡尔纳预测了巴黎可能会是什么样子。就像1960 年一样。他的小说充满了19 世纪看似不可能的技术，包括传真机、全球通信网络、玻璃摩天大楼、汽油动力汽车和高速高架列车。

毫不奇怪，凡尔纳之所以能够做出如此惊人准确的预测，是因为他沉浸在科学世界中，从周围的科学家那里汲取智慧。他对科学基本原理的深刻理解使他做出了如此惊人的预测。

可悲的是，一些19 世纪最伟大的科学家采取了相反的立场，并宣称许多技术无法实现且毫无希望。开尔文勋爵也许是维多利亚时代最杰出的物理学家（他被埋葬在威斯敏斯特教堂的艾萨克·牛顿旁边），他宣称像飞机这样“比空气重”的装置是不可能实现的。他认为X 射线是无聊的把戏，无线电没有未来。发现原子核的科学家卢瑟福爵士认为制造原子弹的可能性是一种幻想。

19世纪的化学家宣布寻找“贤者之石”——，这是神话故事中一种可以点铅成金的物质，这是科学的死胡同。十九世纪的化学基于这样的理论：铅等元素是不可变的。然而，今天我们原则上可以使用当今的核粒子加速器将铅变成金。想想今天的电视、电脑和互联网在20 世纪初显得多么不切实际。

黑洞曾经被认为是科幻小说。爱因斯坦本人在1939 年写了一篇论文，“证明”黑洞永远不会形成。然而如今，哈勃太空望远镜和钱德拉X 射线望远镜已经观测到了太空中数千个黑洞。

这些技术被认为是“不可能的”，因为在19 世纪和20 世纪初，物理和科学的基本定律尚不为人所知。鉴于当时科学理解上的巨大差距，特别是在原子水平上，这些发展被认为是不可能的也就不足为奇了。

02 研究“不可能”

对不可能的事物的仔细研究常常会开辟完全意想不到的科学前沿。例如，几个世纪以来，物理学家一直在寻找“永动机”，但徒劳无功，最终得出这样的结论：这种机器是不可能实现的，迫使他们提出能量守恒定律。以及热力学三定律的假设。这样，创造永动机的徒劳探索开辟了一个全新的热力学领域，在一定程度上为蒸汽机、机械时代和现代工业社会奠定了基础。

19世纪末，科学家得出结论，地球“不可能”有数十亿年的历史。开尔文勋爵断然宣称，熔融的地球可能会在未来20 至4000 万年内冷却，驳斥了地质学家和达尔文主义生物学家关于地球可能已有数十亿年历史的说法。自从居里夫人和其他科学家发现了核力，并证明了被放射性衰变加热的地核可以在数十亿年之内保持熔融状态，“不可能”被证明是完全可能的。

我们忽视不可能的事情，后果自负。

在20世纪20年代和1930年代，现代火箭技术的创始人罗伯特戈达德受到了那些认为火箭永远无法在太空运行的人的严厉批评。他们讽刺地称他的追求为“戈达德的愚蠢”。 1921年，《纽约时报》对戈达德博士的工作提出了错误：“戈达德教授不知道作用和反应之间的联系，也不知道一定有比真空更适合反应的东西。他似乎认为缺乏高中物理基础知识“火箭是不可能成功的”，编辑感叹道，因为太空中没有空气来推进。

可悲的是，只有一位国家元首真正理解戈达德的“不可能”火箭的含义：阿道夫·希特勒。第二次世界大战期间，德国极其先进的V-2火箭如雨点般落在伦敦，造成多人死亡和巨大破坏，几乎让伦敦陷入瘫痪。

对不可能之事的研究也可能改变了世界历史的进程。

在20 世纪30 年代，人们甚至连爱因斯坦也普遍相信原子弹是“不可能的”。根据爱因斯坦方程E=mc2，物理学家了解到原子核深处蕴藏着巨大的能量，但单个原子核释放的能量实际上可以忽略不计。然而，原子物理学家Leo Zillard 记得读过H.G. Wells 1914 年的小说《世界解放》（世界获得自由），其中Wells 预测了原子弹的发展。

书中说，原子弹的秘密将在1933年由物理学家解开。齐拉特在1932年偶然发现了这本书。受到小说的启发，他在1933年碰巧通过连锁反应产生了单个个体的放大（威尔斯20 年前就预测过这一年）。原子能的设想是使铀核分裂产生的能量可以放大数万亿倍。齐拉特立即开始了一系列关键实验以及与爱因斯坦和富兰克林·罗斯福总统的秘密谈判，最终导致了制造原子弹的曼哈顿计划。

我们一次又一次地看到，对不可能的研究开辟了新的视野，拓展了物理和化学的界限，并迫使科学家重新定义“不可能”的含义。正如威廉·奥斯勒爵士所说：“一个时代的信仰是下一个时代的谬误，过去的愚蠢是明天的智慧。”

例如，宇宙学家斯蒂芬·霍金试图通过寻找禁止时间旅行的新物理定律来证明时间旅行是不可能的。他将此定律称为“时间保存猜想”。不幸的是，经过多年的努力，他未能证明这一原理。事实上，恰恰相反，物理学家现在已经证明，禁止时间旅行的定律超出了当今数学的范围。如今，由于没有物理定律可以否认时间机器的存在，物理学家不得不谨慎对待时间机器的可能性。

已经有一项不可能的技术现在被证明是可能的，那就是隐形传态（至少在原子水平上）。甚至在几年前，物理学家就认为将物体从一个点传送到另一个点违反了量子物理定律。最初为电视剧《星际迷航》（《星际迷航》）撰写剧本的编剧遭到了物理学家的批评和嘲笑，以至于他们添加了一个“海森堡补偿器”来解释他们的传送器来堵塞这个漏洞。如今，得益于最近的重大科学突破，物理学家可以将原子从房间的一侧传送到另一侧，或者将光子传送到多瑙河下。

03 预测未来

做出预测总是涉及很大的风险，尤其是对未来数百年至数千年的预测。物理学家尼尔斯·玻尔说：“做出预测很困难，尤其是对未来。”但儒勒·凡尔纳的时代与今天有着根本的区别。今天，几乎所有的基本物理定律都是已知的。今天，物理学家了解的数量级达到惊人的43 个数量级，范围从质子到膨胀的宇宙。因此，物理学家可以充满信心地陈述未来的技术将会是什么样子，并更好地区分那些不一定可能的技术和那些真正不可能的技术。

卡尔·萨根曾写道：“一个文明有数百万年的历史意味着什么？我们已经拥有射电望远镜和航天器数十年，我们拥有数百年的技术文明……先进文明比人类先进数百万年。”我们，就像我们领先于丛林猴和猕猴一样。”

在我自己的研究工作中，我专注于完成爱因斯坦“万物理论”的梦想。从个人角度来看，我发现致力于发现“最终理论”是令人兴奋的，该理论可能最终回答当今科学中一些最困难的不可能的问题。这些问题包括时间旅行是否可能、黑洞中心是什么以及大爆炸之前的情况。

我仍然陶醉于我一生对不可能之事的热爱，并想知道其中一些不可能的事情是否能够进入日常生活领域。