科学家提出新曲速引擎理论设计：或能解决“负能量泡沫”问题

发表于 4年以前 | 总阅读数：633 次

如果人类要经受住时间的考验那么则需要向地球以外的地方扩张。但我们能去哪里呢？埃隆·马斯克也许一心扑在火星上，但那里的条件并不理想。事实上，太阳系中没有其他地方适合我们人类。所以我们应该把注意力转向其他星球。

虽然几乎可以肯定在某个地方还有其他类地行星，但宇宙太大了，人类在任何实际的时间范围内都无法到达它们。使用目前的化学火箭，即便要到达我们最近的邻居--半人马座阿尔法星(Alpha Centauri)也要5万年以上的时间。

这就是FTL梦想的由来。如果我们能以光速旅行那么旅程就会减少到四年多一点，这意味着正常人类的寿命很容易就能完成一次回程。一些假想的曲速引擎设计甚至可以在5个月内到达那里--比我们现在去火星的时间还要短。

问题是，根据爱因斯坦的广义相对论，在物理上不可能有任何物体的速度超过光速。这是因为当一个物体移动得更快时，它的质量也会增加，所以当达到光速时它的质量就会接近无穷大。另外它还需要无限的能量才能提高到那个速度。

不过也许存在一些漏洞。1994年，墨西哥理论物理学家Miguel Alcubierre提出了一种曲速引擎的设计方案，这种引擎在理论上可以让物体的速度超过光速且不违反任何物理定律。这个想法涉及到在一个物体周围产生一个负能量泡沫，这样物体前面的时空结构就会收缩，而它后面的空间就会膨胀。在中心是一个“平坦”的时空区域，在那里物体可以舒适地移动，任何居住者都不会觉得自己在移动。

当然，Alcubierre曲速引擎也有自己的问题。产生一个负能量的气泡需要一种奇特的物质形式，而这种物质并不容易得到--如果它们真的存在的话。

解决这个问题则就是最新发表的这篇论文的目标。哥廷根大学天体物理学家Erik Lentz提出了一种从正能量来源创造这种“扭曲气泡”的方法。

Lentz在研究之前的曲速引擎提议时意识到，有一些时空气泡的特定结构被忽视了。这些气泡以孤子的形式存在，孤子是一种以恒定速度传播而不失去形状的紧凑波。在特定情况下，孤子可以出现在水中的波浪、产生奇怪云层的大气运动或可通过不同介质的光中。在这种情况下，孤子则是在时空本身中传播。

Lentz发现，某些孤子构型可以用传统的能量来源形成，而不会违反爱因斯坦的任何方程也不需要任何负能量密度。

另一个有趣的转折是，任何旅行者都可以保留时间的流逝。正常情况下，以光速运动的物体所经历的时间过得更慢--所以，正如一个旧思想实验所表明的那样，如果把双胞胎中的一个放在以光速运动的宇宙飞船上，他们看起来会比留在地球上的那个双胞胎年轻得多。由于孤子的中心有着极小的潮汐力，所以时间会以相同的速度在翘曲泡沫内外流逝。

虽然使用传统能源的曲速引擎可能是一个重大突破，但新的孤子方法当然有它自己的障碍。它仍需要绝对巨大的能量，现在还不可行但还是有希望的。

Lentz表示：“能源节约需要非常大、大约30个数量级才能达到现代核裂变反应堆的水平。幸运的是，在早期的研究中已经提出了几种节能机制，它们可能会将所需的能量降低近60个数量级。”

尽管听起来很有趣，但不要指望很快就能进行企业号星际飞船的加速赛车。

“这项工作使超光速旅行的问题离基础物理学的理论研究又近了一步、更接近工程。下一步（工作）是找出如何将天文数字所需的能源降低到今天的技术范围内如大型现代核裂变发电厂。然后我们可以讨论建造第一个原型，”Lentz说道。