曲速引擎:曾被寄予厚望 現遭「一瓢冷水」

2020-12-05 新華網客戶端

一幅1998年的插圖,展示了飛船利用負能量進行時空扭曲並超越光速。圖片來源:NASA

      2008年8月,美國國防部曾與幾十名研究人員籤約,委託他們探尋最先進的航空航天技術,其中包括人類前所未見的推進、發射和隱形技術。

      2010年4月,研究團隊就推進技術方面,遞交了一份長達34頁、名為《曲速引擎、暗能量和利用額外維度》的報告。直到最近,這份神秘的報告才對外公開。

      報告的結論是什麼?曲速引擎何時會實現?人類可能進行超光速旅行嗎?

      這份報告其實還比較樂觀,但理論物理學家卻告訴我們:零可能。

      深孚眾望的曲速引擎

      我們知道,人類若希望挺進更深遠的宇宙,必須要出現比化學能火箭更先進的推進系統。

      曲速引擎(Warp drive)這一概念,是《星際迷航》系列中最常見且最吸引人的存在。它屬於一種超光速推進系統,和跳躍引擎、星際傳送器等科幻作品中的設備作用相似,但理論不同。

      曲速技術在設定上,並不允許在兩點間進行瞬時旅行。而是設想通過在宇宙飛船周圍產生一種正常時空的人工「泡泡」,使飛船能夠以超過光速幾個數量級的速度航行,既保證了安全,又迴避了時間膨脹的相對論性的問題。正因如此,曲速引擎才被視為人類理想的推進工具。

      除了國防部,美國國家航空航天局(NASA)也一直在跟進這項技術。2015年5月,NASA在詹森航天中心設立的工作室展開了所謂的曲速引擎實驗,在模擬太空環境的真空中對這種科幻級的動力系統進行了測試。但結果卻引起一片譁然,因為他們是通過一套被稱為EmDrive的動力裝置獲得的推力,並非靠扭曲時空行進的曲速引擎。更重要的是,這套方案的問題實在不小——EmDrive是違背基本物理法則的,許多專家都認為,NASA的研究結果或為實驗誤差所致。

      一份理想化的報告

      日前公開的曲速引擎報告指出,從未見過的更高維度以及神秘暗能量,可能並不像人們認為的那樣遙不可及。

      報告稱,控制更高維度空間,或許就是在技術上掌控暗能量密度的源頭所在,最終能夠在新型推進技術,尤其是曲速引擎的研發過程中扮演重要角色。藉助曲速技術,前往太陽系行星只需短短幾個小時,而不是幾年;前往本地恆星系統也只需要幾周時間,而不是數十萬年。

      報告列舉了一些行之有效的物理學思想,除了暗能量外,還有廣義相對論、描述量子「真空能量」存在的卡西米爾效應、認為存在7個額外維度的M理論等,並表示我們可以利用這些「工具」研製曲速引擎,進而繞過愛因斯坦提出的一個基本法則——真空內任何物體的速度都不可能超越光速。

      其方式就是利用大量暗能量,將額外維度膨脹成一個「泡泡」。這個泡要大到能容納一艘體積100立方米的飛船,飛船前方的時空收縮,後面的時空膨脹,推動「泡泡」和飛船,使其像在一條時空通道中穿行一樣。

      這樣確實無需在技術層面超光速。但報告承認,他們的結論還只是推測,完全理解暗能量的本質可能還需很多年的努力。但在大型強子對撞機取得突破以及M理論發展的前提下,人們或將在了解暗能量方面出現飛躍,從而實現技術革命。

      「潑冷水」的理論學家

      下一代太空驅動技術的討論總能令所有人激動。但加州理工學院理論物理學家肖恩·卡羅爾對這份報告進行了詳細研究,他的結論是:「這份報告將理論物理學的細枝末節加以裝扮,讓它們似乎有潛力應用於現實世界,但事實並非如此。」

      卡羅爾指出,曲速引擎並非異想天開的「平地飛升」,而是真實存在的物理學。另外,額外維度理論、卡西米爾效應和暗能量,所有這些都真實存在。但遺憾的是,在我們有生之年甚至未來1000年,利用這些理論研發超光速飛行技術,可能性為零。

      他指出這份報告太過理想化,短期內無法成為現實。在曲速場內,飛船需利用負能量收縮前方的空間,並讓後面空間膨脹,以實現超光速。但目前沒有人知道作為動力的負能量究竟是什麼,更別提如何利用。半人馬座阿爾法星雖是距離太陽系最近的恆星系統,約4.367光年,但利用一艘100立方米的飛船幾年內就抵達該星,所需的負能量也是一個天文數字。

      即使能夠產生負能量,又該如何捕獲、存儲並以100%的效率加以利用?卡羅爾認為,現在談實現曲速引擎實在是瘋狂,這完全不是「我們需要更先進的電晶體」這種程度的信心,而是基本不具有可行性的討論。

      「理論上我並不能排除它的可能性,但我認為它是不可能的。」卡羅爾稱,隨著人們對物理學的認知更進一步,只會更加明確這個答案:「不,我們無法做到。」(張夢然)

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  • 曲速引擎未來可期,人類真的可以實現嗎?
    「曲速引擎」現在還是很科幻的,可以讓人類飛船的速度達到光速甚至超過光速,並且不違反愛因斯坦相對論「不可超光速」限制,可以說利用了物理學理論上的漏洞給人類未來離開太陽系、銀河系留下一絲機會。在大劉的《三體》中就有出現了曲率驅動的飛船,在結局程心乘坐的飛船就是曲率飛船速度可以達到光速。而在《星際迷航》影視劇中飛船的飛行也是以此為基礎。
  • 90年代的「曲速引擎」,或能讓人類飛出太陽系,為何卻遭廢棄?
    這一點就要追溯到1994年一位來自威爾斯大學的物理學家米格爾所提出的「曲速引擎」了。米格爾在自己的書中提出了曲速引擎的概念,它和科幻小說中所描述的十分相似,而且它們都有一個相同的特點,那就是通過曲速引擎可以在短時間內去到任何想去的地方。這不就和《哆啦A夢》中的時光機和任意門是一樣的嗎?這種引擎的存在難道不違背現有的物理定律嗎?
  • 曲速引擎真的可以成為實現嗎?
    1994年,一位來自威爾斯大學的物理學家米格爾所提出了「曲速引擎」概念。米格爾在自己的書中提出了曲速引擎的概念,它和科幻小說中所描述的十分相似,而且它們都有一個相同的特點,那就是通過曲速引擎可以在短時間內去到任何想去的地方。眾多科學家認為米格爾的設想是可行的,因為它巧妙地利用了廣義相對論中的理論。
  • 曲速引擎是真的嗎?
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  • 各位還對曲速引擎抱有希望嗎?
    我們幾乎所有的曲速引擎信息都來自星際迷航,儘管這並沒有在現實中存在,但不得不誇讚一句的是,也許這是僅有的能突破狹義相對論中關於光速不可超越的引擎之一!如許多星艦迷所知,許多未來技術是在星際奇旅中首次被勾畫出來,並且後來也被真正的發明,例如摺疊式手機、通訊徽章等,之後國外還專門成立了研究曲速引擎方面的推測性工作。但時至今日仍未有允許曲速航行,且被主流科學接受的體系被拓展出來。為何曲速技術如此令我們著迷?因為根據新式曲速層級,曲速分為1到9層。
  • 超越光速的曲速引擎技術能實現嗎?
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