打破空間探索邊界：曲速引擎或將實現超光速

2020-12-27 讀芯術

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圖源：unsplash


當你還是孩子時是否曾經思考有什麼比光更快嗎？當我們觀看《星球大戰》、《星際迷航》和《星際迷航》時，會看到宇宙飛船以接近光速或超光速的速度穿越太空，有時甚至可以穿越時間，這是怎麼做到的？


在這些電影中，宇宙飛船使用了曲速引擎，這是一種推進系統，使飛船的速度超越光速。這樣的推進系統常常出現在科幻小說中，但它們會在現實中實現嗎？本文就將回答這個問題。


在遙遠的未來，或許是2200年，宇宙飛船可能超光速，而這將使它們能夠穿越時空。| 圖源：ZidBits


什麼是曲速引擎？


絕大多數曲速引擎都會利用廣義相對論中的漏洞來避免受到宇宙的最終速度——光速限制。當具有質量的物體達到光速時，它需要越來越多的能量。由於能量需求呈指數級增長，僅僅將一個電子加速到光速，就需要比整個宇宙中存在的能量總和更多的能量。這就是為什麼光速被公認為「終極」或最大的速度限制。


而曲速引擎不通過加速來解決上述的問題，相反，它通過操縱飛行器周圍的時空區域解決問題。人們的確不能把有質量的任何物體加速到光速，但時空本身沒有質量，它並不受廣義相對論下極限速度的約束。事實上，在宇宙膨脹期間，時空扭曲的速度已經超過了光速，這一時期也被稱為宇宙大爆炸後迅速膨脹時期。


曲速引擎有多快？


如果一艘宇宙飛船使用曲速引擎，它可以改變周圍的時空，以超光速飛行。| 圖源：Steemit


有趣的是，在M理論下，時空可以扭曲的程度是受到限制的。物理學家發現，曲速驅動的最終速度限制是1032C，或大致是每秒3.3萬億光年。這是一個人們想都不敢想的速度。


如果能以這樣的速度飛行，你將能夠在4.4飛秒（4.4E^{-15}秒）內到達可見宇宙的邊緣（140億光年）。除阿庫別瑞引擎（Alcubierre）外的曲速引擎也能以每秒186282英裡的速度在真空中飛行。


太陽系的翹曲速度 | 圖源：r/space


以這種不可思議的速度飛行，人類可以立刻徵服整個星系，成為第三種文明。此外，人類還將接觸到其他更高級的文明，這可能會徹底改變我們的生活方式。我們將能夠從不同的恆星中獲得幾乎無限的能量，並從不同的小行星和行星獲得寶貴的資源。通過這種速度，我們將徹底改變自己對於空間、時間和能量的認知。


曲速引擎能否實現？


儘管通過曲速引擎來徵服整個星系、傳播人類文明聽起來很不錯，根據我們目前對於物理學和光的傳播途徑的理解，我們已經排除了物體超光速的可能性，但仍不能排除宇宙本身以光速或超光速運行的可能性。一些研究過這個問題的人聲稱，在早期的宇宙中，儘管時間間隔很短，但是時空以超光速擴展。


如果這些假設是正確的，那麼曲速引擎就可以利用這個漏洞。科學家們會把物體推進的問題放在一旁，重點研究如何產生扭曲時空所需的能量，以及宇宙飛船如何以超光速運行。


如果以超光速運行，曲速引擎將能夠操縱和扭曲宇宙飛船周圍的時空區域。| 圖源：Space.com


不幸的是，根據我們目前對物理學的理解和我們目前擁有的技術，距離我們研發出複雜的曲速引擎仍需要幾十年，甚至幾百年來繪製藍圖並進行測試。研究這個項目本身就需要大量時間。因此，根據我們目前的理解水平，我們現在還無法建立一個曲速引擎。


在宇宙飛船中以光速飛行的夢想可以變成現實，曲速引擎將打破我們曾經認為是不可能在現實中實現的障礙。通過扭曲時空並操縱宇宙飛船周圍的時空，人類將擴張成為一個更為高級有效的文明。我們對科學、物理和能量的認知將發生很大的變化。


然而，由於我們掌握的關於曲速引擎的構建方法和相關理論仍然很少，我們暫時無法成功地製造它們。在那之前，我們只能繼續想像超光速。


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    曲速引擎的來歷20世紀50年代，德國物理學家海姆開始探索「超時空動力」的概念，他提出：「曲速航行」就是利用時空扭曲和時空跳躍實現超光速飛行。他認為強力磁場就可以製造引力場，以高速推動宇宙飛船。如果磁場足夠強大，宇宙飛船就可以進入一個比我們所在的時空更高的二度次空間，以超光速航行。
  • 曲速引擎是科幻?還是現實?
    是一種超光速（faster-than-light, FTL）推進系統，和跳躍引擎、超光速引擎、星際傳送器等設備都是科幻作品中相似但理論不同的常見技術。曲速引擎以在影片《星際旅行》系列電影中最為常見。    和其他科幻作品不同，曲速引擎的理論在設定上並不允許在兩點間進行瞬時旅行。
  • 超越光速的曲速引擎技術能實現嗎?
    大家好，我們今天來談談未來科技，曲速引擎飛行技術。有點科幻，歡迎來噴。曲速引擎是通過產生一個曲速泡。壓縮前方空間，拉伸後放空間，並把前方空間一勺一勺挖到後方，來完成推進的，注意，是在普通空間，並且是連續的。超空間引擎是另一種想像的超光速推進設定。需要進入到一個有別於普通空間的「超空間」。是更高維度是瞬時跳躍。
  • 你知道超光速是什麼概念嗎?曲速引擎究竟有多牛?
    現代的物理定律不準我們用理想的速度穿越太空，也就是說我們不能超越光速飛行，但或許還有個漏洞能讓我們穿越空間，以更快的速度抵達遙遠的行星。如何實現超光速？在科幻小說裡，星際旅行者會用曲速引擎扭曲時空的絲狀結構，在幾分鐘內跨越千年的宇宙旅程。