超光速飞行电影1000年以内成功可能性为零?理论和实验的差别是什么?

一副1998年的插图,展示了飞船利用负能量进行时空扭曲并超越光速。图片来源:NASA

2008年8月,美国国防部曾与几十名研究人员签约,委托他们探寻最先进的航空航天技术,其中包括人类前所未见的推进、发射和隐形技术。

2010年4月,研究团队就推进技术方面,递交了一份长达34页、名为《曲速引擎、暗能量和利用额外维度》的报告。直到最近,这份神秘的报告才对外公开。 

报告的结论是什么?曲速引擎何时会实现?人类可能进行超光速旅行吗?

这份报告其实还比较乐观,但理论物理学家却告诉我们:零可能

我们知道,人类若希望挺进更深远的宇宙,必须要出现比化学能火箭更先进的推进系统。

曲速引擎(Warp drive)这一概念,是《星际迷航》系列中最常见且最吸引人的存在。它属于一种超光速推进系统,和跳跃引擎、星际传送器等科幻作品中的设备作用相似,但理论不同。

图片来源:《星际迷航》电影剧照

曲速技术在设定上,并不允许在两点间进行瞬时旅行。而是设想通过在宇宙飞船周围产生一种正常时空的人工“泡泡”,使飞船能够以快于光速的几个数量级的速度航行,既保证了安全,又回避了时间膨胀的相对论性的问题。正因此,曲速引擎才被视为人类理想的推进工具。

除了国防部,美国国家航空航天局(NASA)也一直在跟进这项技术。2015年5月,NASA在约翰逊航天中心设立的工作室展开了所谓的曲速引擎实验,其在模拟太空环境的真空中对这种科幻级的动力系统进行测试。这一结果引起一片哗然,因为他们是通过一套被称为EmDrive的动力装置获得的推力,并非靠扭曲时空行进的曲速引擎。更重要的是,这套方案问题实在不小——EmDrive是违背基本物理法则的,许多专家都认为,NASA的研究结果或为实验误差所致。

日前公开的曲速引擎报告指出,从未见过的更高维度以及神秘暗能量,可能并不像人们认为的那样遥不可及。

报告称,控制更高维度空间,或许就是在技术上掌控暗能量密度的源头所在,最终能够在新型推进技术,尤其是曲速引擎的研发过程中扮演重要角色。借助曲速技术,前往太阳系行星只需短短几个小时,而不是几年;前往本地恒星系统也只需要几周时间,而不是数十万年。

报告列举了一些行之有效的物理学思想,除了暗能量外,还有广义相对论、描述量子“真空能量”存在的卡西米尔效应、认为存在7个额外维度的M理论,并表示,我们可以利用这些“工具”研制曲速引擎,进而绕过爱因斯坦提出的一个基本法则——真空内任何物体的速度都不可能超越光速。

其方式就是利用大量暗能量,将额外维度膨胀成一个“泡泡”。这个泡要大到能容纳一艘体积100立方米的飞船,飞船前方的时空收缩,后面的时空膨胀,推动“泡泡”和飞船,使其像在一条时空通道中穿行一样。

这样确实无需在技术层面超光速。但报告承认,他们的结论还只是推测,完全理解暗能量的本质可能还需很多年的努力。但在大型强子对撞机取得突破以及M理论发展的前提下,人们或将在了解暗能量方面出现飞跃,从而实现技术革命。

下一代太空驱动技术的讨论总能令所有人激动。但加州理工学院理论物理学家肖恩·卡罗尔对这份报告进行了详细研究,他的结论是:“这份报告将理论物理学的细枝末节加以装扮,让它们似乎有潜力应用于现实世界,但事实并非如此。”

卡罗尔指出,曲速引擎并非异想天开的“平地飞升”,而是真实存在的物理学。另外,额外维度理论、卡西米尔效应和暗能量,所有这些都真实存在。但遗憾的是,在我们有生之年甚至未来1000年,利用这些理论研发超光速飞行技术,可能性为零。

他指出这份报告太过理想化,短期内无法成为现实。在曲速场内,飞船需利用负能量收缩前方的空间,并让后面空间膨胀,以实现超光速。但目前没有人知道作为动力的负能量究竟是什么,更别提如何利用。半人马座阿尔法星虽是距离太阳系最近的恒星系统,距4.367光年,但利用一艘100立方米的飞船几年内就抵达该星,所需的负能量也是一个天文数字。

即使能够产生负能量,又该如何捕获、存储以及用100%的效率加以利用?卡罗尔认为,现在谈实现曲速引擎实在是疯狂,这完全不是“我们需要更先进的晶体管”这种程度的信心,而是基本不具有可行性的讨论。

“理论上我并不能排除它的可能性,但我认为它是不可能的。”卡罗尔称,随着人们对物理学的认知更进一步,人们只会更加明确这个答案:“不,我们无法做到。”

本文来自大风号,仅代表大风号自媒体观点。

原标题:曲速飞船可超光速飞行?科学家:这在理论上可行!

三体迷【科学边界专栏】探索宇宙是人类在好奇心驱使下而进行的永恒事业。然而,数百亿光年的浩瀚宇宙几乎让人绝望。因为爱因斯坦的相对论指出,光速是宇宙中速度的极限。

就算以光速飞行,到达距离太阳系最近的恒星系也要4年,而到达我们的临近星系仙女座星系则要两百多万年。于是,突破光速成了征服宇宙的关键所在。

在科幻小说中,曲速引擎(Warp Drive)就是对超光速旅行的一种美好幻想。这甚至成了经典科幻《星际迷航》的最为重要的元素之一。曲速引擎最令人着迷之处可能在于它在超光速的同时又巧妙地回避了时间膨胀等相对论性的问题。

正因如此,利用空间翘曲来推动飞船吸引了一批物理学家的注意。其中,以米给尔·阿库别瑞最为人所知。阿库别瑞在爱因斯坦广义相对论的框架下提出了波动方式展延空间,让飞船乘着「曲速泡」前行。因为飞船并未在曲速泡这个区间中移动,而是由曲速泡带着向前,所以就算飞船超光速飞行也不会违背物体速度不可超过局域光速的铁律。更有意思的是,阿库别瑞引擎在数学上是完全可行的。然而,阿库别瑞引擎在物理实现上却困难重重,这涉及到了神秘的负能量密度。

悉尼大学的天体物理学家杰兰特·刘易斯也曾表示,超光速的曲速飞行至少在理论上是可行的。现在,我们要做的就是如何实现它,而负能量密度成了一个重要的突破口。

对于人类未来能否突破这个瓶颈,实现梦寐以求的超光速旅行,刘易斯还是持乐观态度的。他认为,回顾400年前牛顿时代人们的研究,很多梦想现在都变成了现实。爱因斯坦的理论已经提出了100年仍有很大的开发潜力。在未来100年或1000年,人类必定能揭开宇宙的更多奥秘,实现超光速旅行也并非不可能。

值得一提的是,在NASA曾经的突破性推进物理计划中,就包含了关于曲速引擎方面的推测性工作。NASA的雄鹰工作实验室(Eagleworks lab)目前也还对此保留了试探性的研究。虽然这些尝试还非常初步,但却是人类走向成功必须迈出的一步。

总之,梦想还是要有的,万一实现了呢。

欢迎关注同名微信公众号“三体迷”。

我要回帖

更多关于 超光速飞行电影 的文章

 

随机推荐