要飛出太陽系，並非一定要掌握可控核聚變，其實我們還有一條捷徑

1977年，「旅行者1號」探測器發射升空，經過了43年的飛行，現在的它已經飛到了200多億公裡之外，早已擺脫了太陽風的侵襲，成為了迄今為止人類所製造的距離地球最遠的物體。這樣的成績看上去是令人感到欣慰的，但假如從太陽系的範圍來看的話，你就會發現，「旅行者1號」探測器所飛行的距離根本就不值一提。

天文學家告訴我們，太陽系真正的邊界是「奧特星雲」，這是一個包裹著太陽系的球體雲團，其半徑大約為1光年，即9.46萬億公裡。也就是說，「旅行者1號」探測器飛了那麼久，其實連太陽系半徑零頭的零頭都沒有飛到，而它要飛出太陽系，還需要上萬年的時間。所以如果要問人類為什麼無法跨越星際，那麼最直接的答案就是人類無法徵服宇宙中的距離。

為什麼會這樣呢？我們一般都會認為這是因為人類缺少強大的能量來源，從而無法為飛行器提供足夠的動力，正因為如此，我們才特別期待可控核聚變技術的成功，因為這種技術可以給我們帶幾乎無限的能量。

然而你可能不知道的是，要飛出太陽系，並非一定要掌握可控核聚變，其實我們還有一條捷徑，從理論上來講，人類之所以無法跨越星際，可能只是因為我們缺少一種物質。

這種物質就是「負物質」，注意，「負物質」並不是我們常聽到的「反物質」，它們的區別在於，「反物質」是指與普通物質狀態相反的物質，而「負物質」則是指質量為負的物質。下面我們來看看這種物質有哪些特性。

在給一個物體施加一個力F的時候，這個物體就會具備一個F/M（M指物體的質量）的加速度，其方向與F相同，這是普通物質所表現出來的特性，而對於「負物質」來說，由於它的質量為負數，所以在這種情況下，由「負物質」構成的物體，會具備一個-F/M的加速度。也就是說，它的加速度是與F相反的，比如說當F的方向是向前時，它的加速度方向卻是向後。

我們不難推測出，當普通物質被萬有引力吸引時，「負物質」卻表現為排斥，這就意味著「負物質」是反引力的。但這些都不是重點，重點是如果將普通物質與「負物質」混合在一起，我們就可以得到質量為零的物質，道理很簡單，質量為1公斤的普通物質加上質量為-1公斤「負物質」，其總質量就為零。

想像一下，假如我們擁有一艘質量為零的宇宙飛船會怎麼樣？答案就是我們只需要給它一點點動力，就可以讓它的速度迅速提升，而因為它的質量為零，完全不受相對論的「質增效應」的限制，所以這艘宇宙飛船就可以達到光速。

顯而易見的是，要得到這「一點點動力」並非一定要掌握可控核聚變，事實上這完全可以由我們現在所使用的化石燃料來提供，這就意味著，只要我們找到了這種物質，就可以輕易地飛出太陽系，從而通過這條捷徑完成人類跨越星際的夢想。

看到這裡可能有人會說了，這只不過是一個基於數學的推論，實際情況卻是，宇宙中根本就不可能存在這種物質。其實不然，儘管我們現在還沒有關於「負物質」的確切證據，但在過去的研究工作中，科學家還是找到了一些蛛絲馬跡暗示了「負物質」存在的可能性。

首先就是「卡西米爾效應」，科學家發現，如果將兩塊表面光滑的薄金屬板平行置入真空中，那麼在這兩塊金屬板靠得足夠近的時候，就會受到一種使它們互相靠近的力——「卡西米爾力」。

需要指出的是，「卡西米爾效應」在1948年就由物理學家亨德瑞克.卡西米爾（Hendrik Casimir）提出，直到1996年才得到證實，之所以拖了這麼久的時間，是因為驗證「卡西米爾效應」的實驗要求極高，必須要非常嚴格地排除由引力和電磁力所產生的影響。

「卡西米爾效應」告訴我們，真空可以「推著」這兩塊金屬板互相靠近，這就說明了這兩塊金屬板中的能量比真空還低，而眾所周知，真空的能量是零，那麼比零還低的能量是什麼呢？答案就是「負能量」。

根據愛因斯坦的描述，能量和質量只是物質的兩種表現形式，在一定的條件下，它們是可以互相轉換，這就意味著，從理論上來講，「負能量」也可以轉換成「負質量」。

除了「卡西米爾效應」暗示了「負物質」的存在以外，在2017年的時候，華盛頓大學的物理學教授麥可.福布斯（Michael Forbes）的研究團隊還在實驗室中觀察到了一種具有「負物質」特性的原子。

在實驗中，研究人員將一些原子（銣原子）冷卻到接近絕對零度的溫度，從而讓它們形成了「玻色-愛因斯坦冷凝物」，在此之後，當研究人員用一組雷射束來「踢動」它們時，觀察到了一些原子表現出了「負物質」的特性，即當它受到向前的力的時候，卻會具備向後的加速度。

總而言之，宇宙的神秘遠遠超出了我們的認知，雖然「負物質」是基於數學的推論，但這並不違反物理規律，並且還有跡象暗示了它們存在的可能性，因此可以說，我們要飛出太陽系，並非一定要掌握可控核聚變，其實我們還有一條捷徑（或許還有更多），而現在的人類之所以無法跨越星際，可能只是因為我們缺少這種物質。

本文參考資料：M.A. Khamehchi et al, Negative-Mass Hydrodynamics in a Spin-Orbit–coupled Bose-Einstein Condensate, Physical Review Letters (2017).

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