时空旅行需要一种非常不平凡的能量，这种能量有趣且怪异，具有让我们跨越时空的神奇能力，但我们世界的物理规律却对它严加“防范”。这是怎样的一种能量呢？

有关时间旅行和瞬间穿越的话题，科幻作家进行过充分的想像，科学家也探讨很久了，他们的结论是，物体如果能够以超过光速的速度运行，就可以回到过去，或者瞬间到达异常遥远的地方。

用泡泡超越光速

但根据爱因斯坦的相对论，光速是宇宙中速度的上限，超光速几乎是不可能的：对于一个有质量的物体，哪怕是一个质量极小的粒子，其速度接近光速时，质量会变得极大，要想再加速就极困难了，如果它的速度无限接近光速时，其质量就会变得无限大，而加速它也需要无限大的能量，这是不可能的，因此有质量的物体不可能达到光速，更不可能超光速。而现实中，我们以及我们的宇宙飞船不可能质量为零，因此，超光速对于我们来说，似乎只是幻想。

但头脑灵活的科学家却发现，上述推测之所以有如此的结论，是因为有质量的我们是沿着与光传播同样或类似的跑道飞跑的，这样，我们当然赛不过静止质量为零、身轻异常的光子了，但是我们如果走捷径，就很可能会赶在光子到达之前到达目的地，从而也就实现了某种意义上的超光速。

果然，科学家找到了这个捷径，1992年，霍金就发表言论认为，任何形式的时空旅行都需要一种古怪的东西——负能量。1994年，墨西哥物理学家艾库别赫根据相对论公式计算又发现，弯曲时空制造出的时空泡泡就可以以超光速瞬间消失，这是因为这种时空泡泡走了不同的时空路径，泡泡前面的空间会收缩，泡泡后面的空间会膨胀，这种前面收，后面推的方式，就可以让泡泡沿着另一条途径到达一个很远的地方，泡泡内包裹的空间也就跟着穿越了时空。

如果一艘宇宙飞船停在泡泡包裹的空间里，那么飞船就会随着泡泡实现瞬间时空穿梭。虽然在泡泡外的人看来，飞船以10倍甚至100倍光速瞬间消失，并在异常遥远的地方瞬间出现，但飞船内的人却不会感觉到任何不适，甚至连被加速的感觉都没有（在普通电梯中，我们都能感受到加速或减速带来的超重或减重的感觉），因为飞船的运动只是随着泡泡内的时空走了捷径，到达了在泡泡外的人看来很遥远的地方，但对于泡泡内的飞船来说，走过的距离很短，尤其是它相对于泡泡内的时空没有移动，也就不会有任何感觉，就像随着宇宙膨胀而移动的我们也不会有任何感觉一样。因此这样一个超光速的时空泡泡并不违背相对论。

乘着10倍光速的时空泡泡旅行可就太有趣了，本来出发前的漫天星光，路上却看到后面的星星都集中到正后方，而且都是红色的星星，前面的星星也都往正前方汇拢，星星的颜色是蓝色的，只有泡泡前后分界线上的星星还原地未动。到达目的地一段时间后，人们才看到展示他们出发前情景的光子们姗姗来到，这意味着：宇航员如果回头一看，看到的情景却是他们在原地还没出发呢！而实际上，他们已经到达了。这时眼见可就不为实了。

但是计算显示，要构造这样一个时空泡泡，最关键的一点就是需要负能量，只要飞船前进方向的两侧有负能量存在，飞船就相当于被一个弯曲的时空泡泡包围，随着泡泡的前牵后推而前进。

负能量—能量的坑洞

负能量是什么？我们好像从来没有听说过。其实负能量已经被某些科学家认真研究了至少二十多年了。负能量到底是怎么回事，它有哪些有趣的性质呢？

我们知道，宇宙空间中充满了物质和能量，如果能想办法把物质和能量全部排除，连约3K的背景辐射也不允许存在，那么辐射为零，温度为OK的真空就应该没有能量，也就是能量为零。可是，负能量竟然比能量为零时还低，这怎么可能呢？

我们可以把能量为零时的真空比作地球上海拔为零的平坦的地面。就像平坦地面也会这儿有坑洞，那儿有凸起一样，能量为零的真空时常会因某种因素的扰动而出现能量的坑洞和尖峰，这些能量的坑洞就是负能量，它需要正能量（普通的能量）去填补，也就是负能量碰到正能量后会同归于尽，变成啥也没有的空无。

其实根据量子力学，微观下的真空不可能保持能量为零的状态，那就像汹涌的海洋一般，不断有大大小小的起伏翻腾，能量的凹坑和尖峰会不断出现和消失，因此微观下的真空一直就存在负能量。

负能量可以理解为缺能量的坑洞，就像一个湖，大部分湖底被水覆盖，但有的地方不但没有水，而且湖底还干了，需要吸收水，这吸收水的地方就可以类比真空中吸收能量的负能量。负能量的传播可以理解为能量坑洞在空间中的传播，有点像气泡在水中的运动那样。

负能量的概念确实不好理解，有人或许会认为反物质含有负能量，其实，反物质虽然电荷与物质相反，但它所含的能量却是正能量，正反物质湮灭会产生较高能量的伽马射线；如果反物质是由负能量组成的，那么正反物质湮灭后什么也不会产生。负能量也不能理解成导致宇宙膨胀的暗能量，暗能量的作用力虽然与引力相反，但暗能量也是正的能量。

负能量的怪脾气

负能量具有非常怪异的性质，总是会导致附近真空紧跟着产生正能量，不论负能量是通过什么方式制造出来的，都会必然产生正能量。

根据能量守恒定律，所产生的正能量应该正好能够填补负能量凹坑，但实际上，正能量总是大于负能量，如果正能量紧跟着负能量的消失而产生，其强度往往比负能量大一些，但如果真空在负能量消失之后，沉闷了一段时间，再产生正能量的话，所产生的正能量就异常巨大，远远超过负能量。在这里，能量守恒定律失灵了，由零产生的正负能量之和竟然总是大于零。对于这个现象，科学家起了个有趣的名字，叫“量子利息”现象。科学家把真空描述成一个精明的银行家，负能量则是我们欠真空银行家的债，这债务早晚是要偿还的，而且偿还的越晚，连本带息需要偿还的就越多。

负能量好像还违背热力学第二定律。热力学第二定律认为，在没有外界影响的情况下，一个系统总是越来越混乱。我们从上面已经知道，负能量的存在必然伴随正能量的出现，从空无之中产生了负能量和正能量，我们可以用负能量去冷却冰箱散热管，冰箱释放的热量被负能量吸收，正负抵消而变成空无，再用它产生的正能量去开动冰箱，这样，空无产生的负能量和正能量让物质回到了更有序的状态，于是得出的结果是：空无让物质回到了更有序的状态！这样好的事情到哪找？

另外，一股负能量如果存在的时间较短，那么它的强度就会较大，如果持续时间较长，其强度就会较小，这就像一笼包子一顿吃完能让人吃饱，但若分许多顿吃，每次都吃不饱。还有，负能量的作用是与引力方向相反的。

负能量既然如此奇妙，我们赶快研究和制造负能量吧。那么，科学家是如何探测和制造负能量的呢？

负能量是能量低于零的能量坑，如何制造这种能量的坑洞呢？遇到这种难题，我们是头脑发懵，无从下手，但科学家自有办法。

挤压光波产生负能量

电磁波是一种电场波和磁场波相互垂直交叉的横波，存在能量的高峰和低谷，一般情况，电磁波的波谷部分能量也是大于零的，但是如果我们挤压电磁波（或者发生电磁波的共振），让它的振幅增大，也就是波峰更高，波谷更深，这时，波谷能量就很可能会低到负的程度。这时的电磁波波谷部分就是负能量。

例如让一面镜子镜面朝前，快速向前运动，这时的镜面就可以让光波产生负能量，因为光波迎面而来，镜子又迎头撞上，光波在镜子表面的撞击下就会挤压自己。其中，波长较长的光波就会被挤压出更高的波峰和更深的波谷，那么波谷特别深的光波就会产生负能量，可是用这种方式产生的负能量很小，我们眼睛还无法直接观察到。

光波共振产生负能量

实验室一般用超高强度的激光来制造负能量。让这部分激光进入一种特殊晶体的光学共振器，它会把激光转变成较低频率的正负能量交替出现的共振光束，再通过一个快速旋转的镜子，镜子的转速正好可以通过反射把正负能量分开，可以从一端射出正能量，另一端射出负能量。共振光束波峰虽然更高了，但波谷更深了，这异常深的波谷就会制造出能量的凹坑——负能量。

通过以上原理，我们可以理解，哈奇森效应就是负能量产生的一种现象。哈奇森用电磁波扰动时空，会导致真空产生负能量，而负能量的出现，会导致较大的正能量跟着出现，于是就相当于我们把真空能激发出来，产生意想不到的效果。

黑洞制造负能量

另外，引力场也会对它周围的真空产生影响，尤其是较强大的引力场，例如黑洞产生的引力场，会对真空中的电磁波产生挤压，从而导致真空中不断产生较大的正负能量。如果正负能量分别位于黑洞视界内外的话，那么位于视界外的正能量就可以离开黑洞边界，而视界内的负能量就会消耗掉黑洞的一点物质或能量，让黑洞的能量和质量持续缓慢地减少，这就是霍金所说的黑洞蒸发现象。“霍金蒸发”并不是说吞噬一切的黑洞会向外辐射能量，而是真空中正负能量作用的结果。不过不同视界的黑洞产生的负能量大小也不同。

根据计算，黑洞越小，产生负能量的强度就越大，太阳那么大质量（2x1030千克）的天体形成的黑洞，其视界半径是2.95千米，它只能挤压波长大于7.8千米的电磁波产生负能量。而地球那么大质量（5.98x1024千克）的天体，其黑洞视界半径是8.87毫米，它能挤压波长大于23毫米的电磁波产生负能量；普朗克质量（2.18x10-8千克）的物体，若形成黑洞，其视界半径是3.23x10-35米，可以挤压波长大于8.5x10-34米的电磁波产生负能量，我们知道，普朗克长度是1.6x10-35米，这说明普朗克质量的物体产生的微型黑洞可以让几乎所有的电磁波产生负能量。

这说明，黑洞越小，霍金蒸发就越大，这与霍金的说法是一致的。我们还可以推测，地球上若出现微型黑洞，不用太微观，大约一个质子半径（10-15米）那么大的微型黑洞，所产生的负能量也许就不少了，用于产生时空隧道还是可以的，也许地球上就有许多这种微型黑洞产生的时空隧道。 

如何观察负能量

我们如何观察到负能量的存在呢？除了上述的哈奇森效应和共振魔力之外，根据科学家的研究，负能量的存在还会导致周围的时空扭曲，因此，负能量周围会出现像是通过透镜看世界的感觉。而且在透镜区域的边缘会因光线汇聚而较亮，产生彩虹般的效果。

其实科学家观察到的间距很小的两块平行导体板之间的微弱的作用力也有负能量的贡献。研究发现，如果两块板的材料不同，一块是纯导电板，一块是纯导磁板，那么两板之间就不再是吸引力，而是排斥力。根据科学家的分析，这种排斥作用就是负能量产生的。

负能量既然已经能够在实验室制造出来，那么将来乘坐时空泡泡进行时空旅行将不再是科幻了吧？ 

得不到单纯的负能量

量子物理学显然是支持负能量存在的，但奇怪的是，量子物理学同时又严格限制了它，以防它发挥明显的作用。首先，量子理论限制它无法完全与正能量分开，它的身边必须有正能量存在，也就是负能量总是与正能量保持很近的距离，人们无法把它们完全分离开。

如果我们试图把负能量关在盒子里，会怎么样？例如，在负能量传播方向上打开一个小盒子，等到负能量钻进盒子，正能量还没有踏入的时候，赶紧把盖子盖上。我们可能会想，终于捕获了纯粹的负能量，但是你有所不知的是，就在盖子盖上的瞬间，盒子内又产生了与盒子外同样大小的正能量。可见，我们无法得到没有正能量掺杂的纯净的负能量。

负能量时空泡泡必须很薄

量子理论对负能量的另一个限制是：一束负能量不可能同时具有足够高的密度和分布在足够大的空间内。

例如，两块靠得很近的导电、导磁板，会产生恒定的排斥力，也就是负能量的密度可以保持恒定，但这作用力却极微弱，异常灵敏的仪器才能测得出来。如果要获得较大的负能量密度，也就是让两板之间的排斥力较大，就需要两板之间距离非常小。负能量的强度与两板之间距离的4次方成反比。如果要获得足够时空旅行的负能量，需要两板之间的距离为10-32米，这只比宇宙中最小的长度——普朗克长度大1000倍。如果我们想乘坐以10倍光速穿梭的时空泡泡旅行，泡泡的壁厚需要限制在10-32米（这厚度只有质子半径的亿亿分之一），这如何造得出来？

也许你要说这是两板之间自然产生的负能量，采用制造的负能量就可以了。但根据计算，即使是制造的负能量，也需要负能量厚度很小，只有10-18米，还是没有一个质子的半径大，这让工程师如何施工？而且别忘了，制造的负能量要想维持足够长的时间，必然伴随着巨大的正能量产生，所需要的负能量维持一天，由此产生的正能量就能够制造出上亿颗太阳大小的恒星！

如果我们想通过负能量进行时空旅行的话，仅制造负能量时空泡泡的难度就让我们知难而退了：时空旅行是不可能的。

不过，或许有一天，我们发现了更巧妙的制造负能量的方式，可以轻易制造出大量的负能量，并把由此产生的正能量通过虫洞排放到另一个宇宙中，到那时，我们乘坐负能量时空泡泡，想去哪就去哪了。（完）