在不违背相对论的前提下,科学家找到超越光速的方式!

前往其他星系是人类的梦想,然而就算是距离地球最近的南门二(4.37光年),搭现有的火箭去也要5到7万年的时间。根据爱因斯坦的狭义相对论,没有物体能够达到光速,就算人类有有法打造“超快火箭”,4.37年也是极限。

然而根据德国Göttingen大学物理学家Erik Lentz的最新研究,在不违背人类已知物理定律的情况下,其实是有办法用“超光速”旅行的。研究团队将论文发布在《Classical and Quantum Gravity》期刊。

通过时空扭曲,有望实现超光速旅行

理论上,科学家认为曲速引擎(warp drives)有机会让太空船超光速移动。根据广义相对论,时空未必是平坦的。就像是一张纸,如果沿平面从一端走到另一端,会需要一段时间,但如果将纸对折,就能在瞬间移到另一端。

从理论上来看,若能将时空扭曲,有望在不违背人类已知物理学的状态下,实现超光速旅行。1994年,物理学家Miguel Alcubierre提出名为Alcubierre的曲速引擎。Alcubierre的原理是,利用引擎压缩前方的时空,并让后方的时空扩张来扭曲时空,让太空船更快达到目的地。移动的过程中,太空船被保护在曲速泡(warp bubble)里面。曲速泡内的时空是平坦的,时间流逝与外部的时间相同。通过曲速引擎,人类有望实现超光速旅行。

问题是,该引擎涉及未解的通用物理学(exotic physics),需要大量负能量(negative energy)密度的假想粒子。负能量能出现在量子尺度,但要产生足够负能量的难度极高。

使用巨大引力来扭曲时空,比创造负能量更可行

Lentz则提出新的理论,认为能够用巨大引力来扭曲时空,就能用正能量制造曲速泡,解决负能量的问题。然而,这需要把行星等级的质量压缩到引擎尺寸。根据Lentz的计算,如果要打造半径100米的太空船,就需要木星质量两倍的引擎。

要打造出这种引擎,需要比核反应炉多上30个数量级的能量,因此目前的技术做不出来。若要实现,就必须把能量降到1个核反应炉的等级。另外,这种引擎需要一种叫soliton的波,它的速度可以超越光速,而且移动时能保持形状与能量。虽然科学家还需要找到方法创建soliton,但Lentz认为,相较于负能量,这种方式更可能实现超光速旅行。

在科学界中,物质移动速度不能超越光速是人所皆知的常识,但它也限制了人们的想象。然而,有些破框思考的物理学家正积极研究,期望找出超光速的理论与实践方式。若实现,人类的星际旅行梦将化为现实。

参考资料

《Classical and Quantum Gravity》、《Science Alert》、《Voice of America》