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『物理学家』超光速的“曲率驱动”不靠谱？NASA高级推进物理实验室却还未放弃


『物理学家』超光速的“曲率驱动”不靠谱？NASA高级推进物理实验室却还未放弃
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『物理学家』超光速的“曲率驱动”不靠谱？NASA高级推进物理实验室却还未放弃

对大多数人来说 ， 超光速旅行仅仅是存在于科幻片里的想象 。
在影视中 ， 这种想象被发挥地淋漓尽致 ， 是人类“出航宇宙 ， 探索未来”的基本技能 。
为什么一定要出航？
这或许源于人类伟大的冒险意识 。
要说把“超光速宇宙航行”刻画得入木三分、影响深远的 ， 当属《星际迷航》 ， 它甚至激发了一位墨西哥的理论物理学家的灵感 ， 提出了一个学术版的曲率驱动理论（warp drive theory ） 。
虽然大多数物理学家都认为曲率驱动不过是一个思维实验 ， 但基于它的研究已经进行了20多年 。 在对它的研究中 ， 我们甚至对时空有了更深刻的洞察 ， 并有了清晰的科技发展方向 。
不过 ， 我们真能靠曲率驱动 ， 实现超光速宇宙航行吗？曲率驱动到底是什么？它与现在一些前沿物理学有什么交集？
01
1994年 ， 威尔士卡迪夫大学的一位博士生：米格尔·阿库别瑞（Miguel Alcubierre）一不小心将1991年《星际迷航》里设定的曲速引擎 ， 写进了学术论文中 。
Miguel Alcubierre
阿库别瑞以学术的角度提出了一个疯狂构想：在广义相对论的框架内 ， 在不引入虫洞的情况下 ， 可能存在一种允许宇宙飞船以任意速度飞行的方式 。 在外界观察者眼中 ， 这种飞行可以比光速更快 。
阿库别瑞以此建立了一套数学公式：阿库别瑞度规 ， 曲率驱动理论由此诞生 。
这个理论实际上并不是创造什么比光速更快的飞行器 ， 而是假设了一种基于时空局部扭曲的推进机制 。
这种推进靠一种假想的“翘曲引擎”来实现 。
首先 ， 它可以产生一个足以扭曲时空的重力来压缩飞船前方的时空曲率；其次 ， 产生一种负能量 ， 来延展飞船后方的时空曲率；最后 ， 在中心保留一块正常的时空区域 。
飞船对于中心局域平坦空间是静止的 ， 或者说飞船永远处于一种自由落体状态中 ， 而四周巨大的时空曲率 ， 通过阿库别瑞度规的计算可以缩小到一个很小的区域 ， 形成一个“翘曲气泡”包裹着飞船所处的正常时空 。
由于前后方的曲率不一样 ， 飞船就会被前方曲率更大的时空拉过去 。
飞船静止在正常时空的气泡中
事实上飞船并不是在时空中移动 ， 而是飞船周围时空本身在移动 ， 因此传统的相对论效应 ， 例如时间膨胀 ， 将不再适用 。
这一切实际上是建立在“时空的扩展和收缩没有限制”的观念之上 ， 而这个观念来源于如今的宇宙学 。
例如 ， 在宇宙大爆炸初期的10^-35秒内 ， 理论物理学家一致认为时空膨胀速度至少是光速的300亿倍 。 宇宙从一个小斑点膨胀了10^50倍 ， 最终成为了我们的可见宇宙 ， 直径930亿光年的哈勃球体 。
宇宙这种膨胀速度让我们惊骇于时空的“弹性” 。 既然可以膨胀 ， 那一定也可以收缩 。
当然 ， 很多人认为曲率驱动是一种高度投机的想法 。 虽然不违背广义相对论 ， 但只是很有趣 ， 完全不切合实际 ， 因为这种负能量并不存在 。


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