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星际航行有望?科学家提出可行的“曲速航行”

人类常常在思考,浩瀚的星海里有多少奇特的世界?然而太空实在太广大了,群星之间的距离都以“光年”来计算,也就是说,即使飞行的与光一样快,到达其他星球也都是几年,甚至几千年的时间。既然如此,科幻作家只好发明出超越光速的航行法,科幻影集“星际争霸战”(STAR TREK)当中的“曲速航行”(warp speed)是最有名的一种。值得高兴的是,有一些科学家一直试着建立曲速的理论,最新的说法,曲速可以符合现有的物理定律,并非完全不可能。

“太空,人类的终极边疆,星舰企业号的旅程....”,美国科幻剧“星际争霸战”从上世纪60年代开播,至今已经超过50年,并衍生成一个庞大的故事体系,还启发了当年许多小观众,以“发明企业号”为职志。1994年一位名叫米格尔?阿库别瑞(Miguel Alcubierre)的墨西哥籍科学家,提出了不违反爱因斯坦相对论的曲速理论,称为阿库别瑞测算(Alcubierre metric),这是第1个曲速航行的理论。这套理论的想法是,在星舰周围形成一团不同于寻常空间的力场,压缩前方的空间,并拉伸后方的空间,这样的环境称为“曲速泡泡”(Warp Bobule),即可形成高于光速的移动。但问题在于,这套算式在现有的物理学是不成立的,它需要用大量的负能量来稳定算式,虽然负能量有可能存在,但根据现有物理学,这根本不可能实现。

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但是古典和量子引力(Classical and Quantum Gravity)网站,最近有2篇不约而同的论文,都认为要达成稳定的曲速场,可能不需要用到负能量,已知的“重力”就可以达成。

瑞典隆德大学(Lunds universitet)天体物理学家亚力克西·鲍伯瑞克(Alexey Bobrick)说:“我们认为阿库别瑞的研究方向是对的,只是他把问题想复杂了,急着要平衡时间曲率。其实重力本身就能弯曲时空,只是需要的引力场将要非常大。”

冷次设想不同太空飞船的“曲速泡泡”压力值。(图/哥廷根大学)

鲍伯瑞克的论文认为不需要负能量,但将需要一个非常强大的重力场,重力可以极大地弯曲时空,弯曲空间可以使太空船以数倍的速度前前,却又不会造成明显的双生子悖论。

他说:“经过计算,如果我们将整个地球的质量,压缩到一个直径10米的球壳里,那么对它内部时间的校正仍然很小,1年大约只增加1个小时。”

该研究的另一个有趣发现,涉及曲速太空船的合理形状,较宽,较高的船,将会长而细的船需要更少的能量,也就是说,曲速太空船可能不是流线型。

几天后,德国哥廷根大学(University of Gottingen)的艾瑞克·冷次(Erik Lentz)也发表一篇相当类似的论文,他也认为“曲速泡泡”不需要负能量就可以建立。

冷次认为,某些形式的时空泡泡可以用孤波(soliton)的情况扩散,这是一种相当紧凑的波,以恒定的速度传播,却不会变形。他认为如果曲速泡泡在这种情况下,是可以稳定维持,也就不必负能量来平衡。

冷次在一份声明中说:“这项工作使超光速航行的问题,可由基础物理学的理论来填补,或许在未来成为工程学的基础。”

当然,要达成这样子的空间扭曲很不容易。冷次表示,若要为一艘直径200米宽的太空船产生一个曲速泡泡,所需能量大约是木星质量所含能量的100倍。

另外,下一个重要的研究是,重力场造成的孤波,在自然界存不存在?冷次认为,如果理论正确,中子星的重力应该会造成明显的重力场孤波,或许中子星附近的电浆体流动的型式,可能是寻找正能量孤波(positive-energy solitons)信号的自然场所。

THE END
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