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執著於翹曲飛行的科學家
對於我們大多數人來說，移動速度超過宇宙速度極限（光速）是科幻小說中的一種幻想，它打破了現代物理學的基礎。但是在阿拉巴馬州亨茨維爾大學的一個工程本科生的名字叫約瑟夫·阿格紐夫的看來，這是一個值得研究的理論。
這個想法最初是艾格紐（Agnew）在中學時提出的，那時的他迷戀在《星際迷航》中看到的翹曲飛行。他說：「我想到了其中假定的某些技術，並想知道這背後的科學依據是什麼。」
Agnew不僅僅是只愛空想的星際迷。2019年9月，他在航空工程會議上發表了關於該主題的演講。報導稱Agnew的聽眾為「十分擁擠」，該活動引起了媒體的廣泛關注。
一篇科幻小說竟然出現在了學術會議上，這似乎很不尋常，但是Agnew並不是唯一一個對它感興趣的人。他希望成為認真研究翹曲飛行超過20年的幾十位工程師和理論物理學家中的一員。但是，與Agnew不同，大多數科學家認為翹曲飛行只是一個思想實驗，儘管它可以教給我們很多東西。
「從技術上講，這是合理的，但是幾乎每個層面都存在一些問題。」
裡斯本大學高級技術學院的數學家和理論物理學家JoseNatarió說：「它可以被看作是一個高度推測性的概念，能有趣地闡明有關廣義相對論的某些觀點，但完全不切實際。」
貝勒大學（Baylor University）的理論物理學家傑拉德·克萊弗（Gerald Cleaver）說：「從技術上講，這是合理的，但是幾乎每個層面上都存在一些問題。」
翹曲飛行研究領域還不到30年。1994年，威爾斯卡迪夫大學（Cardiff University）的物理學家米格爾·阿爾庫比埃爾（Miguel Alcubierre）提出了一個值得注意的點：它並未違背任何有關太空的科學理論解釋說。
Alcubierre的翹曲飛行理論不是通過物體使他比光速快得到，而是他的翹曲驅動器產生一個氣泡（其實是個翹曲空間）：邊在前面壓縮，邊再後面拉伸它。如果你的宇宙飛船在這個氣泡中運動，那麼你仍然比光速慢，不過運動距離已經大大減少，就像在時空波峰上運動。
Alcubierre在他的原創論文中寫道：「這種基於時空局部扭曲的推進機制應該被冠以科幻小說中常見的『翹曲飛行』」。自然而然的這個名字變得很流行。
「它可以被看作是一個具有高度猜測性的概念，能有趣地闡明有關廣義相對論的某些觀點，但完全不切實際。」
但是，要使Alcubierre的數學觀點可行，翹曲空間需要具有負能量。換句話說，小於理想真空中存在的初始能量。聽起來很奇怪，但並非不可能。為了獲得這種負能量，Alcubierre的曲速驅動理論引用了物理學家所說的奇異物質——一種具有負質量的物質。
如果你在地球上遇到負質量的外來物質，它會非常奇特。怎麼看都感覺違背常理。例如，如果你把一個帶有負質量的球踢開，它實際上會飛向你，地球的引力會把它推到太空中，而不是把它和地面綁在一起。
儘管負質量的外來物質目前僅存在於假設的範圍內，這並沒有打擊到Alcubierre。他說，「確實有一些理論表明外來物質可能存在。」
西班牙格拉納達安達盧西亞天體物理研究所的重力研究員卡洛斯·巴塞洛（CarlosBarceló）表示贊同。「外來物質的存在只是一種假設，但有一些理論情況表明，外來物質有可能被製造出來。」
Agnew引用了卡西米爾效應（Casimir effect）。想像一下，在真空中，兩塊中性的金屬片幾乎相距毫微米，但並沒有完全接觸。波長不符合間隙的光子被切斷，從而減少了真空的能量這個間隙實際上具有負能量。Agnew並未指出如何使用卡西米爾效應來獲取外來物質，但他說這是一些未知力量發揮作用的潛在指標。
無論如何，Alcubierre的原創論文說，要支持僅100米寬的翹曲氣泡的負能量，你需要比整個宇宙的質量還大的外來物質。後來的計算將這個數字縮減到只有木星的質量，但這仍然是一個驚人的數字，至少沒有人見過，沒有人知道。
不管怎樣，對於理論物理學家來說，Alcubierre的論文就像黑暗中的一盞明燈。在此後的25年裡，許多數學家，工程師和物理學家反反覆覆圍繞他的理論展開討論。
何塞·納塔裡奧(Jose Natario)就是這樣一位物理學家。他表示：「(Alcubierre)做出的選擇看上去很隨意，我想看看是否有更好的選擇。」
然後，在2001年，納塔裡奧（Natarió）指出Alcubierre的翹曲飛行只是一種可能性，而且Alcubierre的拉伸和擠壓空間也不是必需的。他設計出另一種模型：一個在空間中向前移動的翹曲氣泡，正如他所說，就像魚在水中暢遊而不壓縮或膨脹一樣。
但是納塔裡奧的想法不能解決Alcubierre關於負能量的部分。此外，他的翹曲飛行還面臨其他問題，這些問題也阻礙了Alcubierre和翹曲飛行成為現實。
其中一個問題是，光子從空間被壓縮的翹曲氣泡前端脫離時，會發生藍移；它們的波長更短。
這意味著光子會獲得能量，但為了保持能量守恆，光子會從已經有負能量的空間中吸走能量，使整個氣泡不穩定。
Natarió說：「在我的論文中，我證明了所有翹曲飛行都會出現這個問題。」
Barceló說：「除非有人找到一種方法來解決這些不穩定因素，否則翹曲飛行將在很短的時間內被摧毀。」
Natarió強調了另一個問題。即使你成功地製造了一個帶有負能量的翹曲氣泡，也沒有已知的方法讓它在太空中向前移動，就像你無法在超音速飛機到達前聽到它的聲音一樣。
正如我們想像的那樣，這些問題使翹曲飛行變得不切實際。工科學生Agnew似乎認為這些問題是可以解決的，並且翹曲飛行是可以完成的。他說：「我相信還有更多的探索機會。」 「肯定有希望的理由！」
理論物理學家對此不太同意。
Cleaver認為今天創建一個翹曲飛行器「實在是不可能的」。
「你不能讓空間變形以便翹曲氣泡可以向前移動。」
Natarió：「不論是現在的技術還是未來的技術都無法製造翹曲驅動器。」
Barceló：「建造這樣的配置的可能性很低。」
約瑟夫·阿格紐夫（Joseph Agnew）認為，要改變物理學家對翹曲飛行的看法，需要一些實驗性的、定量的、具有物理代表性的研究進展。
例如，NASA的工程師們提出了用雷射測量空間扭曲的實驗，但到目前為止，還沒有任何實驗被證明是有用的，克利弗認為這樣的實驗是有缺陷的。
儘管如此，即使翹曲驅動力仍然超出了工程師的承受能力，但這並不意味著它們是宇宙的死胡同。在研究理論翹曲飛行時，物理學家已經學到了很多有關相對論以及宇宙在極端情況下如何運作的知識。
Barceló：「我一直對光速無法被超越的原因感興趣。」對他來說，研究翹曲飛行是一種探索物理學視野的方式。
Cleaver說在翹曲驅動器和蟲洞之間有很多連接，蟲洞是理論上連接時空中不同地方的隧道。就像Alcubierre的翹曲驅動器一樣，蟲洞可以提供一種比光速還要快的穿越距離的方式。此外，一些蟲洞理論依靠負能量保持開放。這些連結是為何Cleaver將翹曲驅動器稱為「一個非常有趣的想法」的重要原因。
即使翹曲飛行僅是一個思想實驗，許多研究翹曲飛行的物理學家也和Agnew同一個地方汲取了靈感。
正如Cleaver所說：「我認為我們都是《星際迷航》的粉絲。」
作者: Rahul Rao
FY: margaret
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