三體中的曲率驅動是個啥?這可能是人類「越獄」的唯一希望

天空之城 2020/11/07 檢舉 我要評論

太陽系直徑約1.9光年,離我們最近的星系有4.2光年,而我們連上火星都還費勁。我們的飛船太慢了,太陽系就像座監獄,剝奪了人類探索宇宙的自由!

我們都知道,根據相對論,速度越快,質量越大。根據牛頓第二運動定律,物體的加速度等於受到的力除以質量,如果當速度增加,為保證物體持續加速,所施加的力就必須也增大,至此,問題來了,如果物體的速度要達到光速,那麼品質就會是無限大,需要的力也必須無限大,但是我們永遠也無法找到無限大的力,所以物體的速度永遠不可能達到光速。為了能繞過牛頓第二定律與廣義相對論,曲率驅動幾乎成了我們唯一的救命稻草。

三體中的曲率引擎

三體給了一個物理原理類似的實驗可以讓曲率驅動變得通俗易懂。首先,折一隻紙船,並在船尾穿一個孔,塞入一小塊肥皂,再將船放到水中。因為肥皂溶解于水,降低了船尾的水面張力,小船則被前方較大的張力拉過去,小船會自動向前航行。曲率驅動與此相似。

像水面一樣,時空也是凹凸不平的,一艘處於太空中的飛船,如果能夠用某種方式把它後面的一部分空間燙平,減小其曲率,那麼飛船就會被前方曲率更大的空間拉過去。曲率驅動不可能像空間折疊那樣瞬間到達目的地,但卻有可能使飛船以無限接近光速的速度航行。

你可以理解為飛船前方的時空彎曲得更厲害,後方的時空彎曲的則較少,因此飛船實際上會受到向前的引力,就像是被空間擠到前面去。飛船通過某種方式持續地"燙平"身後的時空,而被燙平的空間無法復原,這就形成了曲率航跡。不過我們還是要注意,小說與現實還是有一定區別。

實際的曲率驅動概念

1994年,墨西哥物理學家明戈·阿爾庫貝利首次提出了現實生活中曲率驅動的概念。提出創造一種波來改變空間的幾何形體的方法,這種波可以讓太空船前面的空間收縮,而太空船後面的空間擴張。前後所連成的軸向即為船想要航行的方向。這艘太空船則可以在一個平坦的空間中乘著波移動,這個空間被稱為"曲速泡"。既然實際上船沒有動,是時空發生了扭曲,由泡泡帶著船走,而空間膨脹速度不受光速限制,所以廣義相對論中對於物體速度不可超過局域光速的限制就派不上用場。由於無論是飛船本身還是上面的乘客都是處於同一個時空當中的,因此它們都會受到同樣的引力,加速的時候自然不會產生超載。

我們知道有質量的物質會扭曲時空,宏觀上表現為引力。因此如果想讓空間帶著飛船走,務必要逆轉這個過程,進而需要一種擁有負質量的"奇異物質",宏觀表現為"斥力"。

曲率引擎的假想機制暗示了負的能量密度,因此需要奇異物質才能使用。所以如果正確性質的奇異物質並不存在,則曲率引擎就不能被建造出來。好消息是有實驗證明這種物質確實存在。

負能量

負能量是帶有負壓強的,而且被實驗觀測證實。更有意思的是,通過對宇宙的觀測發現,在整個宇宙的尺度內,只有這些負壓強的能量才能產生"萬有斥力"的現象。

1948年,荷蘭物理學家亨利克·凱西米爾通過量子理論預言了一種負能量。想像一下,把兩塊中性金屬片放在真空中,彼此平行,然後慢慢靠近。常識告訴我們,因為是電中性,又沒有氣壓存在,兩塊板之間不會存在什麼相互作用力,但事實上,當它們靠近微米級的距離後,會出現吸引力。

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