超光速旅行的希望-阿尔库维耶雷曲速引擎

美国国家航空航天局科学家与一位艺术家合作，创作出的曲速引擎飞船概念图。

我们经常在一些科幻故事中能看到它们——带着曲速引擎的飞船，而故事中的角色们驾驶着飞船探索新的行星和新的星系。这些飞船的速度甚至会超过光速，但是，广义相对论告诉我们，没有任何东西能超过光速。对吧? 毕竟，光没有质量，所以它可以以每秒299792458米的速度运动。

没有什么能超过宇宙速度的限制。不过建造曲速引擎还是有可能不违反任何物理定律的。

1994年，墨西哥理论物理学家米格尔·阿尔库维耶雷(Miguel Alcubierre)写了一篇论文，为现实生活中的曲速引擎奠定了数学和科学基础，它不会干扰广义相对论。他在科幻小说中看到这种穿越遥远距离的方法后，对这种星际旅行的方法产生了兴趣。

图片来自电影《星际迷航3:超越星辰》

曲速引擎的工作原理是通过对飞船及其周围气泡的时空结构进行扩张和收缩。这艘船从不加速或移动，而是由它周围的结构推动着它前进。打个比方，想象一下，你站在传送带上，你根本不用走路。相反，皮带本身的结构是推动你前进的动力。飞船前方时空的收缩将把它拉向那个点，而飞船后方的膨胀将继续推动它向前的运动。爱因斯坦证明了时空可以被质量或能量弯曲，如果时空可以弯曲，那么它就可以被其他方式操纵。这艘船能够比光速更快的原因是，广义相对论告诉我们，在空间内没有任何东西可以打破速度限制，然而，空间本身的收缩或膨胀的速度没有速度限制。我们不是在空间中移动一个物体——我们是在移动空间本身。

米格尔·阿尔库维耶雷的设想充满希望，令人印象深刻，但也有很多漏洞。在他最初的论文中，他提出了这样一个理论:要为这样一个宇宙飞船提供动力，我们需要的负能量将比整个宇宙的能量还要多。这种负能量是导致空间膨胀的原因。问题是负能量难以捉摸，许多科学家甚至怀疑它的存在，更不用说抱有制造大量负能量的希望了。

英国天文学家邦迪（H.Bendi）。他在1957年就证明了：负物质以一个恒定的不断增加的速度追逐正物质的概念是与广义相对论一致的。而科学家们试图在实验室中通过将两块金属板(两块板非常平，几乎光滑到原子水平)推到比人类头发还近的宽度，来创造出这种效果。这个空间是如此之小，以至于不允许粒子存在，导致板块周围的力增加，让其带有负能量的特征。然而我们所能观察到的现象并不多，因此这试验成为了一个小到不能下结论的测量。

负能量支持者霍金的理论模拟图

如果我们在未来真的找到了制造更多负能量的方法，我们可能不需要像阿尔库维耶雷最初理论中所说的需要那么多的负能量。后来，美国宇航局的科学家对他的论文进行了改进，通过让飞船的部分部件在高频率下振动，从而使其更容易在时空中移动，并减少了所需的能量，从而大幅减少了曲速引擎所需的能量。关于我们到底需要多少负能量，现代理论从65艾焦到几个太阳质量的负能量和正能量不等。即便65艾焦也大约是美国一年的能源消耗量。依然很多，但绝对是一个改进，绝对是可行的。如果我们能利用暗能量，我们只需要大约木星的质量。唯一的问题是，我们对暗能量是什么以及它是如何工作的知之甚少。它可能就是我们需要的奇异材料。

相比之下，尝试用传统火箭进行星际太空旅行不仅需要数十万年的时间，更不用说找到一种可以承受这么长时间旅行的材料了。

一些带有曲速引擎的宇宙飞船模型显示，它以10倍光速移动，前往离我们最近的系外行星半人马座阿尔法星Bb，尽管它距离我们4光年远，但也需要6个月的时间。而我们现在最快的飞船可以达到每小时2万英里，这意味着我们需要142000年才能到达半人马座阿尔法星Bb，从那里返回更不可能。2万英里每小时是光速的0.003%

如此快速的旅行将带我们穿越更高的维度，这意味着曲速引擎不仅可以让我们探索我们自己的宇宙，还可以让我们探索多元宇宙。曲速引擎理论上的速度是有限度的，但即使是这些速度限制也能让我们在几分之一秒内到达一个新星系。而另一个优势是，船可以加速或减速，乘客不会经历时间膨胀。换句话说，当你到达目的地时，你不会发现你在时间上走得太远，而你认识的每个人都已经死在地球上了。

除了能源之外，其他问题还包括在旅行过程中积累的粒子，它们可能在减速过程中不经意地发射出来，摧毁整个世界。事实上，一旦飞船开始移动，可能就没有办法减速了，船员可能会因为各种原因而死亡。但到目前为止所有的数学和实验数据都显示曲速引擎是可能的。

就算我们真的找到了创造曲速引擎的技术的方法，那距离我们看到它投入使用也还需要几个世纪。就像虫洞一样，曲速引擎提供的可能性是巨大的，但实现起来并不容易。