在科幻小说中,曲率引擎是一种通过扭曲时空来超越光速的技术。这在现实中也并非完全不可能。爱因斯坦的广义相对论说,不能把物体从低于光速加速到光速以上,因为这需要无限的能量,但这一限制只适用于时空中的物体,而不适用于时空本身。时空可以以任何速度弯曲、膨胀或扭曲,甚至物理学家都认为,宇宙膨胀的速度比光速还快。所以在从小说到科学的光谱中,曲速引擎是在更偏向于科学的一端。
最近,应用物理学的两名研究人员创造了一种曲速引擎的新模型。他们将其描述为一种能在不违反物理定律的情况下以超过光速的速度飞行的宇宙飞船的模型。研究人员Alexey Bobrick和Gianni Martire说,这是第一个真正的曲速引擎的通用模型。他们一起写并发表了一篇题为“介绍物理曲速驱动器,经典和量子引力(2021)”的论文(DOI: 10.1088/1361-6382/abdf6e)。
每次有人提到曲速引擎,首先浮现在脑海里的当然是电视剧《星际迷航》,在这部电视剧中,曲速引擎使机组人员能够以远超光速的速度在太空中遨游。然而在现实生活中,许多物理学家很难接受曲率引擎的想法,因为这种理论会违反物理定律。
阿尔库贝利曲速引擎的概念基本上就是在飞船前面制造一个曲速气泡来弯曲时空。实现这种系统的一种方法就是阿尔库贝利驱动。这是一种基于广义相对论爱因斯坦场方程解的思想。它是由墨西哥理论物理学家明戈·阿尔库贝利创造的。在他的理论中,如果能创造一个低于真空(负质量)的可配置的能量密度场,宇宙飞船就能达到比光速更快的速度。宇宙飞船的移动方式不是超越光速,而是收缩前方空间,扩张后方空间,这将使它以比光速更快的速度前进。物体无法在正常的空间时间内加速到光速,因此,阿尔库贝利引擎是会改变物体周围的空间,使物体在正常空间内的速度超过光速,而不违反物理学定律。
尽管阿尔库贝利提出的度规与爱因斯坦场方程是一致的,但根据我们目前的理解,构建这样一个驱动器是不可能的。阿尔库贝利驱动系统需要具有负质量密度的大量物质。如果具有这样的物质不存在,那么引擎也不能被构造。在他的原始文章中,阿尔库贝利认为平行板之间的“卡西米尔真空”可以满足阿尔库贝利引擎的负能量要求。
在开发一种可行的曲速引擎的新努力中,研究人员将先前基于时空扭曲的想法进一步推进了一步。Bobrick和Martire创造了一个他们认为在未来可行的模型。基于阿尔库贝利的曲速驱动理论,两位科学家都认为可以利用巨大的引力来弯曲时空。实现这一目标的诀窍是找到一种方法,将一个行星大小的质量压缩到一个小得多的宇宙飞船大小,以利用其引力。这些问题仍然使得今天不可能建造一个可用的曲速引擎,然而该模型并非不可能,并表明在未来的某一天,也许有可能创造一个可用的的曲率引擎。
“许多科学领域的人都知道阿尔库贝利驱动,并认为曲率引擎是非物理的,因为它需要负能量,”Alexey Bobrick说,“然而这种说法不再正确,我们的方向与NASA和其他机构不同,我们的研究表明,在广义相对论中,实际上还有其他几种曲速驱动的实现方式。我们已经制定了新的扭曲驱动解决方案,不需要负能量,因此成为物理的方式。”
“我们不需要为了成为星际物种而打破光速。”Gianni Martire说,“我们的曲速引擎研究有可能让我们所有人团结起来。”
(独家编译:科幻世界)
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