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只要做到这一点,科幻中的曲速引擎就能实现

时间:2021-03-23 10:38:30 点击:

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最新研究显示,只要我们具有将行星质量压缩到飞船那么大的技术,就可以制造真正的曲速引擎。

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NASA在1998年研究曲速引擎时的示意图 图片来源:NASA


曲速、曲率、折跃引擎,不论名字是什么,总之就是科幻作品中,通过对空间进行弯折操作,进而实现亚光速或超光速运动的科幻技术。但实际上,曲速引擎(warp drive)并不是毫无根据幻想的产物,而是从上个世纪起,就有物理学家在认真研究的东西。最近,一篇发表在《经典和量子引力》(Classical and Quantum Gravity)上的论文,修复了之前理论模型中违反物理学的缺陷。根据这项研究,只要我们具有将行星质量压缩到飞船那么大的技术,就可以制造真正的曲速引擎。


撰文|王昱

审校|吴非


常规的飞行器通过物质反推进行加速,如果要通过这种推进方式在较短时间内接近光速,其加速度对于人类乘客来说,根本无法承受。例如在《三体》这类科幻作品中,为了缓解加速带来的影响,甚至需要用“深海加速液”?;ご?,否则船员只能变成与“水滴”遭遇战时,匆忙进入前进四状态的战舰中那些晶莹剔透,骨肉分层的“血色红宝石”。

 

更何况,用物质反推获得动能,这一推进方式本身就受到质能方程极大的限制。即使将飞船的三分之一质量作为载荷,三分之一质量作为工质(为满足动量守恒),三分之一质量完全转化为动能,载荷也不过只能达到75%光速左右。这还是能量转化率100%的状况,实际上能达到的速度要远低于这些假设。

 

就算仅仅是为了满足对星辰大海的向往,我们也急需一款能脱离加速度负面效应束缚,最好还能打破光速限制的引擎。于是,这种能通过对空间进行弯折操作而实现亚光速或超光速飞行的曲速引擎,便成了科幻作品中的基础设定之一。

 

当然,科幻与魔幻之间最大的区别,就是前者有一定的科学基础,曲率引擎也是如此。几十年来物理学家一直在研究这种看上去像是魔法的技术,但它对“负能量”的需求一度让它看上去在物理学上不可能实现。直到最近,一篇发表在《经典和量子引力》上的论文改变了这一局面:他们提出,可以在牺牲“超光速”这一特性后,换来完全符合现有物理定律的曲速引擎。尽管距离造出真正的曲速引擎依旧遥远,但这个源自科幻的设想已经拥有了理论基础。


科幻“指导”科研


在介绍最新版的曲率引擎之前,我们先回顾一下科幻作品中曲率引擎的设定。

 

在《三体》中,韦德带领下开发出的曲率引擎,是通过改变飞船后方区域的光速,利用空间“表面张力”的差异来实现近光速飞行。但是设定中引擎只能将后方的光速降低,不能将前方的光速升高,也就只能以亚光速飞行。而其加速后留下的低光速区域,甚至可以作为高级宇宙文明战争中的防御手段。

 

而《星际迷航》中的曲速引擎,则是扭曲了飞船周围的空间,形成了一个包裹飞船的“曲速泡”。飞船前方的空间被压缩,后方的空间被拉伸,这样飞船本身就算没有相对其所在空间运动,也会被所在空间裹挟着以亚光速或超光速前行。

 

用一种不太严谨的理解方式,《三体》中的曲率引擎是仅有后半段的“半成品”;而《星际迷航》中利用曲速泡的曲速引擎则是可以超光速的“完整版”。

 

回顾这些设定并非毫无意义,其实,正是《星际迷航》小说中的曲速引擎启发了米格尔·阿尔库维雷(Miguel Alcubierre),让他在1994年发表了名为《曲速引擎:广义相对论内的超光速航行》(The warp drive: hyper-fast travel within general relativity)的论文。后来,物理学上这类曲速引擎,也都被称为阿尔库维雷引擎(Alcubierre drive)。


作者:不详 来源:网络
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