NASA测试曲速泡？扭曲时空 地球到月球只需4小时

来源｜ Daily Galaxy 漫步宇宙

翻译：牛树军

曲速引擎能够帮助人类实现星际旅行的梦想，但一直以来，这种推进装置只停留在科幻作品中。现在，美国宇航局（NASA）希望让这个梦想照进现实。据信，宇航局正悄悄测试这种革命性的太空旅行方式，从地球前往月球只需要短短4个小时，甚至有可能进行超光速旅行。不过，绝大多数科学家认为鉴于掌管宇宙的基本物理学定律，超光速太空旅行不可能成为现实，至少短期内无法实现。

▲《星际迷航》中的曲速泡

过去几年不断有消息称，美国宇航局可能在研究所谓的“曲速泡”，让人类探索本地宇宙成为可能。宇航局的科学家甚至会在不久后宣布，他们可能突破光速。根据科学家提出的前沿理论，曲速引擎能够让星际旅行的耗时从数万年缩短到数月，甚至数周。他们已经找到了一种利用负能量的方式，只需相当于“旅行者”号飞船的质能即可实现曲速飞行。

根据最近的报道，宇航局的科学家正在研究曲速引擎、电磁引擎以及其它一系列超光速旅行的可行性。不过，绝大多数科学家认为鉴于掌管宇宙的基本物理学定律，这些形式的太空旅行不可能成为现实，至少短期内无法实现。

▲艺术概念图，采用曲速引擎的飞船

美国自然历史博物馆的天体物理学家尼尔·德格拉斯·泰森指出：“如果在研究时空结构方面不能取得新发现或者不能让时空结构为我们所用，经常性的星际旅行便无法成为现实。打造实用性曲速引擎的想法仍十分牵强。有些人之所以进行这方面的研究是为了提醒我们，人类骨子里具有勇于开拓的精神。”

点燃曲速引擎狂热的催化剂是所谓的电磁引擎。电磁引擎的原理相对比较简单，利用微波在一个封闭容器内的弹跳产生推进力。这种驱动器借助太阳能发电，利用所发的电驱动微波。采用这种引擎的火箭无需携带推进剂，便可执行月球、火星探索任务和低地球轨道任务。根据NASASpaceFlight.com刊登的帖子，当激光穿过电磁引擎的共振腔，某些光束的速度似乎超越光速。如果属实，意味着电磁引擎产生了一个曲速场或者曲速泡。

▲电磁引擎原型

如果激光束超越光速，说明它们正在时空泡沫中形成某种曲速场或者曲速泡。曲速泡产生的推进力理论上能够让太空飞船奔赴银河系心脏或者银河系的矮星系。曲速泡能够压缩飞船前方的时空，流过飞船后，在其后方膨胀回常态。准确地说，超越光速的并非飞船，而是飞船周围的时空以超光速移动。

宇航局鹰工厂实验室的哈罗德·怀特和其他工程师试图确定曲速引擎的超光速飞行能否在将来的某一天成为可能。研究小组曾尝试略微扭曲一颗光子的移动轨迹，在一个确定区域内改变它的移动距离，而后借助干涉仪观察这种变化。

美国宇航局的科学家正在研制一款《星际迷航》型曲速引擎，用于未来的太空旅行。曲速引擎有望让超光速星际旅行成为一种可能

曲速引擎的概念由墨西哥理论物理学家米格尔•阿库别瑞1994年提出。根据他的理论，可以利用曲速泡扭曲时空，进而在不违背爱因斯坦理论的情况下实现超光速。根据他提出的设计，一个环结构环绕飞船，飞船压缩前方的空间，同时让后方的空间发生膨胀。这允许飞船的速度超过光速。如果采用这种推进技术，前往4.4光年外的半人马座阿尔法星只需不到4.4年。半人马座阿尔法星距太阳系最近的恒星。

阿库别瑞提议的曲速引擎能够达到10倍光速，同时物体本身的速度无需突破光速。这听起来很矛盾，毕竟爱因斯坦很早就指出光速是宇宙的速度极限，宇宙中的任何物体都无法超越光速，更不用说达到光速的10倍。阿库别瑞曲速引擎的关键在于：飞船本身固定不动，通过扭曲时空的方式实现超光速旅行。阿库别瑞引擎让人不免联想到《星际迷航》中的曲速引擎。

阿库别瑞引擎产生的曲速场。场内的飞船利用负能量收缩前方的空间，同时让后面的空间膨胀，以实现超光速

阿库别瑞的曲速引擎设想需要使用大量负能量，因此需要“奇异物质”的存在。需要奇异物质又引发一个重要疑问，即在一个没有曲速泡的初始时空部署奇异物质，而后产生曲速泡是否具有可能性。

俄罗斯物理学家谢尔盖·柯兰斯尼可夫还指出了另一个问题：如果不能迫使奇异物质在本地以超光速移动，则不可能产生曲速泡。实现超光速需要速子的存在。科学家虽然提出了一些解决办法，可以不依赖速子，但可能在曲速泡前方产生一个裸奇点。

▲《星际迷航》中的“进取”号飞船，速度可超越光速

怀特认为他和其他科学家取得的研究进展，进一步提高了曲速飞行的可信度。根据他的研究，通过改变曲速泡的形状同时让强度发生振荡，便可降低所需要的能量。在他们的曲速飞船设计中，环绕飞船的环是实现超光速飞行的关键。这种环含有奇异物质或者负能量。不过，飞船仍需要某种主推进系统，发动时需要一个初速度。而后，飞船打开负能量环，提升速度。飞船前方的空间压缩，后方的空间膨胀，让飞船在扭曲的时空中超速移动。

对于自己提出的曲速引擎设想，阿库别瑞也是半信半疑。他列出了一系列令人担忧的问题，首先就是需要大量奇异物质。他说：“仅凭这一点，曲速引擎就很难让人相信。在超光速情况下，飞船内的任何信号无法抵达曲速泡前方。这不仅意味着无法关闭引擎，更为严重的是，我们甚至无法启动引擎。”

▲曲速飞船艺术概念图

在量子场理论研究领域，阿库别瑞的设想引发了大量有趣的思想实验。但正如上文提到的，绝大多数科学家认为这项技术永远无法成为现实。扭曲空间需要大量质量和能量，同时还要确保飞船所在的空间不被扭曲。

加州理工学院的肖恩·卡罗尔指出曲速引擎还只是理论上存在，距现实相距甚远，因为没有人知道负能量是什么，如何产生和存储负能量，更不用说如何使用。半人马座阿尔法星虽是距离太阳系最近的恒星，派遣一艘100立方米的飞船在几年内抵达这颗恒星所需的负能量也是一个天文数字。“如果将整个地球湮灭成能量，数值与前往半人马座阿尔法星所需的能量相当。但使用负能量又是另一回事，没有人知道如何产生负能量。”

▲曲速飞船艺术概念图

由于空间扭曲，星际旅行者可能在启动飞船后便失去对飞船的控制。霍金辐射可能烘烤旅行者，同时关闭他们的曲速场。理论上，霍金辐射存在于黑洞边缘和其它高度扭曲的太空区域。一旦飞船减速，将带来致命后果。起点和终点间数光年的宇宙尘埃和气体可能转化成危险的高能粒子冲击波和辐射，会随着飞船的减速奔袭而来。

关于曲速引擎和超光速旅行，卡罗尔表示：“我不能排除这种可能性，但我认为可能性极低。我个人认为制造曲速引擎的可能性不到1%，100年内造出来的可能性更是不到0.01%。在我看来，随着我们对物理学的认知进一步加深，我们会告诉自己‘我们无法做到这一点’。”