新的曲速引擎设计理论,靠更实际方法压延时空达到超光速旅行

如果人类想在有生之年内抵达距离最近的恒星系统,就必须找到一种比光速快的推进方式。虽然理论上认为超光速曲速引擎有机会实现,但难度在于它们涉及未解的通用物理学。最近,天体物理学家Erik Lentz描述了一种新的理论,无需通用物质参与,靠着正能量密度能源就能让“超光速”引擎在常规物理学框架下进行时空旅行。

在爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论架构下,于恰当时空几何或空间中以特定方式移动,理论上应可容许进行朝向过去或未来的时间旅行,想象一下拿着一张纸,从纸的一端沿着平面走到另一端需要一定时间,但若将纸对折起来,则几乎一个瞬间就抵达另一端目的地。

有了理论支持,科学家便尝试提出超光速(Faster-than-light,FTL)推进系统,比如物理学家Miguel Alcubierre在1994年提出阿库别瑞引擎(Alcubierre drive),这是一种曲速引擎(Warp drive),原理为利用引擎压缩飞船前方的时空并让后方时空扩张,而飞船在称为“曲速泡”的区间内乘着波动前进,气泡内是时空的“平坦”区域,飞船在其中舒适前行,乘员甚至不会感觉到自己在移动,或者说,曲速泡内部时间流逝与外部时间相同,不会因此出现双胞胎悖论。

阿库别瑞引擎概念。 (Source:宾州州立大学)

使用这种方法前往离我们最近的恒星系统南门二(Alpha Centauri)将花不到10年光阴(若以目前的化学火箭推进系统抵达那边需要5万年以上时间)。然而,这种操作涉及产生大量负能量(negative energy)密度的假想粒子与物质状态,以现有科技来说太过不切实际,光是目前技术都无法让一物相对于另一物的时间超越或延迟几毫秒。

不同引擎的飞行器前往南门二系统所需时间比较。 (Source:哥廷根大学)

相比之下,德国哥廷根大学天体物理学家Erik Lentz的新理论能解决负能量这重大问题。研究人员想出了从正能量制造曲速泡的方法,他们建议利用巨大引力来弯曲时空,只要找到一种方法可以将行星大小的质量压缩至引擎大小即可——虽然,这也是一个巨大瓶颈,想象下要把整个地球的质量压缩至一个10米长的壳中,所需能量也很大,Erik Lentz解释一台半径100米的飞行器所需能量,大约是木星质量数百倍。

若以核反应炉比拟,则大约需要30个数量级,当今技术仍无法建造出这种引擎;但比起采用负能量,新方法更有可能实现。该研究指出,原理上可以基于当今人类已知的物理定律来建造这类球面对称曲速引擎。新论文发布在《古典和量子引力》(Classical and Quantum Gravity)期刊。

(首图为示意图,来源:pixabay)