超光速旅行真的要來了？發(fā)現(xiàn)了首個曲率泡，曲速引擎研究再現(xiàn)曙光

速度瓶頸限制了人類探索太空的步伐，科學家們一直在苦苦尋找著突破這個瓶頸的方法，曲速引擎就是解決方案之一。這種航天技術(shù)自上世紀提出以來，研究進展非常緩慢，一直還停留在科幻階段，甚至有人認為這就是個夢想，永遠都無法實現(xiàn)。

但就在前幾天，突然有一則消息震驚了世人：曲速驅(qū)動器先驅(qū)，前NASA曲速驅(qū)動器首席專家哈羅德·G·懷特博士報告，發(fā)現(xiàn)了世界上第一個“曲速氣泡”，將給未來曲速引擎的研究產(chǎn)生重大影響。

那么何謂曲速引擎，目前的研究進展如何，我們一起來學習了解一下。

愛因斯坦設(shè)定了一個速度瓶頸

愛因斯坦的相對論，讓人類對大自然的認識有了重大突破，從而推動了整個人類科技文明的大踏步前行。但另一方面，他提出了光速極限的理論，也就是宇宙中任何物質(zhì)運動速度不可能達到光速，更別想超過光速，這就為人類航天設(shè)置了一個速度瓶頸，嚴重束縛了人類深空遠航的夢想。

宇宙之大超乎人們的想象，太陽系只是浩瀚宇宙中的滄海一粟，引力半徑卻有1光年。1光年就是光都要走一年時間的尺度，約為9.46萬億千米。人類未來的飛船即便接近光速，飛出太陽系也需要1年多。

而現(xiàn)在人類航天速度還只達到每秒十幾千米，飛得最遠的無人探測器旅行者一號，速度約每秒約17千米，飛了40多年，只飛了230多億千米，不到1/400光年，還要飛17000多年才能夠飛出太陽系。

而銀河系直徑約20萬光年，宇宙中有數(shù)萬億個星系，可觀測宇宙半徑約465億光年。即便飛船達到光速，飛出銀河系也需要十多萬年，到達其他的星系則需要數(shù)百萬年甚至億年。由此看來，人類要在宇宙中遨游，現(xiàn)在連想都不敢想。

好在愛因斯坦關(guān)了一扇門，又打開了兩扇窗

愛因斯坦廣義相對論的核心理論是引力場論，這個理論給人類打開了另外兩扇突破速度瓶頸的窗戶：一個是蟲洞穿越，還有一個就是時空折疊。如果人類真的能夠窺破這兩個場的奧秘，掌握了其訣竅，未來人類走出太陽系，走向深空就不在話下了。

因為無論是蟲洞穿越還是時空折疊，理論上都能夠進行超時空跨越，超越光速許多倍到達該去的地方，且這兩種方法不違背光速限制，因此不受光速極限約束，也不會導致速度帶來嚴重的時間膨脹效應(yīng)。

因為這兩種方法實際上都不是真正提升了速度，而是抄近道和縮地法。蟲洞穿越就像是火車穿越隧道，穿過很短的隧道就到達了本來很遙遠的目標；時空折疊就是將時空像一張紙那樣折疊起來，就不需要走過整張的紙面，而是從紙張這邊的邊緣一步跨越到紙張的另一邊。

今天就只說曲速航行

所謂曲速航行就是利用時空折疊原理，讓飛船在被壓縮的時空中航行。簡單地說，就是通過曲速引擎，將飛船前方的空間迅速彎曲縮小，后方的空間迅速彎曲擴大，就像在后面吹著氣球?qū)w船往前擠，而飛船則在這個制造出來的時空氣球（時空泡）中以亞光速向前推進。

飛船雖然沒有超過光速，但由于時空被壓縮了，就成為一種跨越式移動，比實際飛行速度快很多倍到達目的地。

這看起來有些費解，現(xiàn)在我們來通俗比喻一下：北京到紐約有15000公里，飛機以1000公里時速飛行，需要飛15小時才能到達。但如果用曲速引擎，將北京到紐約的時空壓縮到只有1公里，飛機雖然沒有提高速度，但在曲速空間只要飛3.7秒鐘就到了。

科幻中的曲速飛船

美國影視《星際迷航》最多的科學內(nèi)核就是曲速飛船，在影片里出現(xiàn)過眾多的曲速飛船，其曲速分為0~10個層級，層級越高速度越快。影視中的曲速層級速度并非簡單的數(shù)量級提升，而是有一個復雜的計算公式（見上圖）。曲率1級即達到1c（光速），而9級則達到1516.4c，最快的星艦曲率達到9.99級，速度達到7912c。

理論上10級是曲率的天花板，就是無法達到。因為10級是代表無窮快，飛船可以在任意時間出現(xiàn)在宇宙的任何地方，即便在科幻中也不能制造出這種飛船。而根據(jù)公式計算，曲率達到9.9999級時，速度將達到恐怖的199516c。

然而即便曲率達到9.9999級，要飛往距離我們254萬光年的仙女座星系，也還要走12.73年，而要穿越本星系群1000萬光年直徑，則要飛50年；穿越超本星系團1億光年直徑，則要飛501年。

可觀測宇宙半徑有465億光年，這種飛船要穿越需要二十多萬年。因此未來的航天速度還要更快，而人類目前的壽命需要大大延長，或者改變生存形態(tài)，才有可能走向深空。

要實現(xiàn)曲速航行有多難？

科學家們通過計算，要讓時空彎曲，形成一個包裹著飛船的“曲率泡”，所需能量至少要達到太陽總能量的10億倍。而在現(xiàn)階段，人類總能量消耗還只有太陽能量的38萬億分之一，要制造出這種能量的飛船簡直就是天方夜譚。

要知道整個銀河系總能量也只有太陽的2000~4000億倍，如果一艘曲速引擎需要10億倍太陽能量，整個銀河系能量也只能供應(yīng)200~400艘曲速引擎使用。

根據(jù)卡爾達舍夫宇宙三級文明理論，人類要達到宇宙二級文明水平，才有能力控制和利用太陽的全部能量。有科學家預測，人類要達到二級文明等級，還需要不間斷努力5000年。

要達到控制銀河系全部能量的能力，則需要達到宇宙三級文明水平。人類還需要多少年才能夠達到這個水平，現(xiàn)在誰也不知道，可能要億年甚至10億年，人類科技文明有沒有延續(xù)這么久的幸運，誰也不知道。

還有科學家通過計算，維持飛船周圍彎曲時空所需的能量，甚至超過全宇宙的總能量。除此之外，科學家們還發(fā)現(xiàn)存在許多難以解決的問題，如制造時空泡的巨大能量會產(chǎn)生威脅乘員生命的強大輻射，飛船無法往彎曲的時空泡前方發(fā)送信號，這就意味著宇航員無法操控飛船等等。

明知不可為但還是有許多科學家在努力

人類從誕生以來，就進化出了好奇心和不斷探索的基因，正是這種基因讓人類脫穎而出成為地球的主宰。這種基因在科學家們的血脈里則表現(xiàn)得更強大，因此，就有那么一撥人明知很難甚至不可為，卻依然孜孜不倦地擺弄著曲速引擎問題。

1957年，德國物理學家海姆率先提出“曲速航行”的概念，開始探索“超時空動力”，認為可以利用時空扭曲和時空跳躍實現(xiàn)超光速飛行；1994年物理學家米蓋爾?阿爾庫比雷首次提出了類似《星際迷航》中的彎曲引擎。

2005年，德國物理學家豪澤和同事德勒舍爾共同撰寫了一篇以海姆理論為基礎(chǔ)的實驗論文，探究“超時空發(fā)動機”的可行性，引起了美國航空航天學會極大興趣，授予了他們2005年度“核能和未來航空”項目大獎。

由此，曲速引擎列入了NASA（美國太空總署）的研究計劃。

2014年，NASA曲速引擎項目首席科學家哈羅德·G·懷特（Harold G White）透露，正在研究開發(fā)可作為星際旅行的宇宙飛船“IXS企業(yè)號”（與科幻影視《星際迷航》中的飛船同名），宣稱飛船一旦面世，只需兩周便可到達比鄰星（4光年距離）。

2015年5月，懷特博士宣稱對一種科幻級的動力系統(tǒng)進行了測試，這套被稱為EM drive的動力裝置獲得推力，但這個裝置并非一般意義上依靠扭曲時空行進的“曲速引擎”。

懷特博士終于發(fā)現(xiàn)了一個真正的“曲速泡”

雖然曲速引擎開發(fā)很難，但許多科學家正在另辟蹊徑。

現(xiàn)在的科學發(fā)現(xiàn)，宇宙中可見物質(zhì)只占約5%，95%的是看不見的暗物質(zhì)和暗能量；另外，人們還發(fā)現(xiàn)了宇宙中有反物質(zhì)和負能量的存在，由此一些科學家們正在從反物質(zhì)、負能量、暗物質(zhì)、暗能量方面想辦法。

而就在11月8日，又是懷特博士給我們帶來一個巨大的好消息：他和他的團隊對曲速理論研究取得了一個巨大進展，他們成功發(fā)現(xiàn)一個“曲率泡”。懷特說：很清楚，我們發(fā)現(xiàn)的不是一個類似的扭曲氣泡，而是一個真正的扭曲氣泡，盡管這個泡泡很小很小，但意義很大。

圖：真實世界 WARP 氣泡的實際圖像。圖片來源：Harold G. White博士，無限空間研究所

據(jù)悉，這只是一個納米級的曲速氣泡，許多人對此嗤之以鼻，認為是小題大做，故弄玄虛，我不以為然。世界上許多重大科學發(fā)現(xiàn)和成果，不正是從微小處開始的嗎？我相信這會是一個里程碑，隨著研究的深入，曲速引擎將會一步步向我們靠近。

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參考資料：https://thedebrief.org/darpa-funded-researchers-accidentally-create-the-worlds-first-warp-bubble