1994年,物理学家米格尔·阿尔库别雷提出了一项能让超光速旅行的激进技术翘曲航行这是一种通过扭曲现实结构来绕过宇宙终极速度极限的假想方法。

这是一个有趣的想法——甚至NASA也是研究但是阿尔库别雷的提议中包含了一些似乎无法克服的问题。现在,最近的一次美国物理学家Alexey Bobrick和Gianni Martire已经解决了这些问题生成的一个很多嗡嗡声

但是,尽管Bobrick和Martire已经成功地揭开了翘曲技术的神秘面纱,但他们的工作实际上表明,像我们这样的生物仍然无法实现超光速旅行,至少目前如此。

不过,还有一线希望:翘曲技术可能还有更深远的用途太空旅行

整个宇宙?

曲速引擎的故事始于爱因斯坦的最高成就:广义相对论。广义相对论的方程揭示了时空——现实的基本结构——在物质和能量的存在下弯曲的方式,这反过来也解释了物质和能量是如何运动的。

广义相对论对星际旅行提出了两个限制。首先,任何物体都不能加速超过光速(大约每秒300,000公里)。即使以这种令人眩晕的速度飞行,我们仍然需要4年时间才能到达比邻星,离太阳最近的恒星。

第二,宇宙飞船上接近光速的时钟相对于地球上的时钟会变慢(这被称为时间膨胀)。假设一个恒定的加速度状态,这就使我们有可能飞到恒星上。人们可以在一生中到达150光年以外的遥远恒星。然而,问题是,当你返回时,地球上将超过300年。

一个新的希望

这就是阿尔库维耶雷的切入点。他认为,广义相对论的数学允许“经泡沫”地区,物质和能量被安排在这样一种方式为弯曲时空的泡沫,它扩展到后方的方式允许一个“平”区域内的泡沫比光传播的速度快。

要理解“平”在这里的含义,请注意时空有点像一个橡胶垫子。垫子在物质和能量的存在下会弯曲(想象一下把一个保龄球放在垫子上)。引力只不过是物体滚进像恒星和行星这样的物体所产生的凹痕的趋势。平坦的区域就像垫子的一部分,上面什么也没有。

这样的驱动力还将避免时间膨胀带来的令人不安的后果。一个人有可能往返于外太空,但仍然会受到家里最亲近的人的欢迎。

一个时空古怪

阿尔库别雷的装置是如何工作的?在这里,讨论往往依赖于类比,因为数学是如此复杂。

想象一张上面有杯子的地毯。你在地毯上,你想拿到奖杯。你可以在地毯上移动,或者把地毯拉向你。曲速引擎就像拖拽时空,让你的目的地更近。

但是类比也有其局限性:曲速引擎并不能真正地把你的目的地拖向你。它会收缩时空,缩短你的路径。当你打开驱动时,你和杯子之间的地毯就少了。

阿尔库别雷的建议,虽然在数学上严谨,但很难在直观的水平上理解。Bobrick和Martire的工作将改变这一切。

飞船花絮

Bobrick和Martire证明了任何曲速引擎都必须是一个包含一个平坦时空区域的、处于恒定运动状态的物质外壳。壳层的能量改变了其内部时空区域的性质。

这听起来不像是什么发现,但从物理角度来说,迄今为止还不清楚曲速引擎到底是什么。他们的工作告诉我们,曲速引擎有点像汽车,这有点令人惊讶。汽车也是一个能量的外壳(以物质的形式),它包围了一个平坦的时空区域。不同的是,上车不会让你老得更快。然而,这正是曲速引擎可能做的事情。

利用他们的简单描述,Bobrick和Martire展示了一种利用爱因斯坦的广义相对论方程来寻找时空的方法,这种方法允许物质和能量的排列可以起到翘曲气泡的作用。这为我们找到和分类翘曲技术提供了数学钥匙。

他们的工作设法解决了曲速引擎的一个核心问题。为了使等式平衡,阿尔库别雷的装置以“负能量”为动力,但我们还没有在现实世界中发现任何可行的负能量来源。

阿尔库维耶雷驱动器的二维可视化。中心平坦区域两侧的时空扩张和收缩区域导致它移动。图片来源:应用物理

更糟糕的是,阿尔库别雷的装置所需要的负能量是巨大的。根据一些估计,已知宇宙的全部能量都是需要的(尽管后来的研究把这个数字降低了一点)。

Bobrick和Martire展示了曲速引擎可以由正能量(即“正常”能量)或由负能量和正能量的混合而成。尽管如此,能源需求仍然是巨大的。

如果Bobrick和Martire是对的,那么曲速引擎就像其他运动中的物体一样。毕竟,它会受制于广义相对论的普遍速度限制,而且它需要某种常规推进系统来加速。

消息变得更糟了。许多种曲速引擎只能以某种方式改变里面的时空:通过减慢乘客的时钟,让深空旅行成为一个问题。

Bobrick和Martire确实证明了一些曲速引擎可以比光速更快,但前提是它们被创造出来时就已经以光速运行了——这对任何希望进行一点星际旅行的普通人来说是没有帮助的。

结束游戏

记住曲速引擎可以改变它所包围的平坦时空区域。它可以加速或减慢硬盘内的时钟。

考虑一下有这样一个对象意味着什么。想把身患绝症的人冻死吗?用曲速引擎让他们的时间慢下来。从他们的角度来看,几年将会过去,而在地球上,100年将会过去——时间足以找到治愈方法。

想一夜之间种植庄稼吗?把它们放入曲速引擎,让时钟加速。你会过几天,你的秧苗会过几个星期。

还有更奇特的可能性:通过在驱动器内旋转时空,可以生产出能够容纳大量能量的电池能源

超过光速的旅行仍然是一个遥远的梦想。但是翘曲技术本身就是革命性的。谈话

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图片来源:马修施瓦茨/Unsplash

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