【腦洞系列】什麼是曲速引擎?如果掌握了這種技術,我們可以厲害到什麼程度?

薛定諤的貓 2021/04/06 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

光在真空中的速度高達299792.458公里/秒,以這樣速度只需要眨眼間就可以抵達遙遠的月球,這看上去似乎快得很離譜,但假如我們把目光逐漸放遠,事情就變得不一樣了。

以光的速度,跑到火星至少需要3分多鐘,跑到冥王星需要5個多小時,跑出太陽系需要1年(以奧爾特星雲為界),跑到最近的恒星系需要4年多,跑出銀河系至少需要10萬年,跑到仙女座星系需要250萬年,而僅僅是我們所處的本超星系團,其直徑就有1.1億光年……

在巨大的宇宙空間中,說光速慢得像蝸牛都是很誇張的了,這對於夢想著征服星辰大海的人類而言,無疑是一個巨大的難題。因此,我們迫切地需要一種能夠超越光速的科技,哪怕只是理論上行得通的也行,在這種情況下,曲速引擎應運而生。

什麼是曲速引擎呢?簡單地講,曲速引擎就是一種利用空間翹曲(space warp)來作為引擎的推進系統,其原理就是將太空船周圍的時空高度扭曲,從而在時空中形成一條高速通道,使太空船獲得超越光速的能力。

曲速引擎的雛形出現於1957年德國物理學家克哈德.海姆提出的「海姆理論」中,該理論試圖以一個六維時空的框架來調和量子力學與相對論之間的矛盾,遺憾的是,「海姆理論」提出後並未得到科學界的普遍認可。

然而由「海姆理論」推導出的超光速航行卻成功了引起了科幻愛好者的濃厚興趣,著名的科幻片《星際迷航》中曲速引擎就是受到了此理論的啟發,根據片中的描述,擁有曲速引擎的太空船,可以利用反物質燃料產生的能量改變周圍空間的幾何結構來達到超光速飛行的目的。

自此之後,曲速引擎受到了眾多科幻愛好者的熱烈追捧,儼然成為了人類未來星際航行的必備之物,但事實上,在當時曲速引擎只是一種想像中的產物,它並沒有嚴謹的理論支持,這不免有些令人沮喪。

1994年,曲速引擎的愛好者迎來了重大喜訊,墨西哥物理學家阿庫別瑞在廣義相對論的基礎上,提出了一個名為「阿庫別瑞度規」的時空數學模型,它可以用一種波動方式來使太空船前面的空間收縮、後面的空間擴張,從而驅動太空船持續前進。

根據阿庫別瑞的描述,航行中太空船始終處於一個由扭曲時空形成「曲率泡」裡,因為它相對周圍空間是處於靜止狀態,所以在航行時不會出現狹義相對論中的「鐘慢尺縮」、「品質增長」等效應,因此太空船不會受到光速的限制,也就是說,擁有曲速引擎的太空船可以無限地加速。

需要指出的是,「阿庫別瑞度規」(Alcubierre Metric)在理論上是完全行得通的,1996年,NASA 還將其納入「突破性推進物理計畫」中進行過深入研究。目前科學家的結論是,只要找到了具有「負能量」的奇異物質,曲速引擎就很可能開發得出來,而這個「負能量」已在「凱西米爾效應」中初現端倪。

這就意味著,在未來我們人類可能會真的擁有曲速引擎,那麼我們不妨來暢想一下,如果掌握了這種技術,人類會怎麼樣?我們可以厲害到什麼程度?

前面已經講了,由曲速引擎驅動的太空船可以無限地加速,具體加速到什麼狀態,這要看扭曲空間的程度,關於這一點,可以參考一下曲速引擎的愛好者為我們提供的資料(如下圖所示)。

可以看到,即使是曲速1級也可以輕鬆地達到光速,曲速9.9999級更是可以達到接近20萬倍光速,假如以這種速度在宇宙空間中航行,只需要不到20秒的時間就可以躥出奧爾特星雲,而要抵達遙遠的仙女座星系,也僅僅需要10多年的時間。

對於現在的我們而言,探索宇宙最大的障礙就是令人絕望的空間距離,而9.9999級並不是曲速引擎的極限,理論上來講,只要有足夠的能量,它的速度將會進一步地提高,因此可以說曲速引擎可以説明我們徹底地掃清這一困擾。如果掌握了這種技術,我們可以在廣袤的宇宙中隨意穿梭,在獲取幾乎無限資源的同時,我們也可以找一找到底有沒有外星文明,解開這個多年的困惑。

更重要的是,我們還可以利用曲速引擎去做兩件事,第一是探索嚮往已久的宇宙邊緣,第二是在「曲率泡」的保護下,進入黑洞的事件視界之內(超過光速就可以從黑洞的事件視界之內逃逸),去抵近研究傳說的「奇點」。假如我們人類真的做到了以上兩件事,就可能一舉解開宇宙的終極奧秘,從此成為宇宙中的神級文明。

 

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