曲速引擎到底有多厉害?人类一旦掌握,即可在浩瀚的宇宙中穿梭!

2023-12-23   魅力科学君

原标题:曲速引擎到底有多厉害?人类一旦掌握,即可在浩瀚的宇宙中穿梭!

我们人类的梦想是进入浩瀚的星辰大海,但宇宙中遥远的距离,却是一个我们难以逾越的障碍。一个最直接的例子就是,我们所在的太阳系,其半径有大约1光年(以奥尔特云为界),而迄今为止,人类飞得最远的探测器——旅行者1号,用了40多年的时间,也只飞了大约243.3亿公里,大概就是0.0026光年。

毫不夸张地讲,以我们人类目前的科技水平,连飞出太阳系都是极为困难的。当然了,这只是现在的情况,或许我们可以乐观地认为,在不太遥远的未来,人类可以凭借比现在强大得多的科技,在浩瀚的宇宙中穿梭。实际上,这样的未来,早已出现在各种科幻作品之中。

要知道宇宙中的天体距离动辄就是若干光年,而1光年就是以真空中的光速直线前进1年的距离,也就是说,在浩瀚的宇宙中,即使是光速都显得非常慢。所以在很多科幻作品中,都存在着超光速飞行的科技,比如说在科幻电影《星际迷航》之中,就描述了一种被称为“曲速引擎”(Warp drive)的推进装置。

根据设定,曲速引擎能够让空间的几何结构发生弯曲,进而让空间去“推”着宇宙飞船持续前进,由于这种推进方式可以绕开狭义相对论的限制,因此在能量足够强大的情况下,宇宙飞船就能够进行超光速飞行。

在曲速引擎提出之后的很长一段时间里,人们都只是将其放在科幻的范围内进行讨论,但在1994年的时候,情况发生了改变,因为在这一年里,墨西哥理论物理学家米格尔·阿库别瑞(Miguel Alcubierre)根据广义相对论建立了一个后来被称为“阿库别瑞度规”的时空数学模型。

简单来讲就是,“阿库别瑞度规”允许宇宙飞船将自己包裹在一个由弯曲的空间形成的“曲率泡”之中,然后以一种类似波动的方式使其后方的空间膨胀、前方的空间收缩,进而持续地推动“曲率泡”以及包裹在其中宇宙飞船前进。

这种推进方式的巧妙之处在于,在持续前进的过程中,宇宙飞船相对于“曲率泡”中的空间是静止的,并不会产生狭义相对论的“质增效应”,在这种情况下,宇宙飞船就可以绕开狭义相对论的限制,如此一来,超光速飞行就成为了可能。

也就是说,在“阿库别瑞度规”提出之后,曲速引擎就从科幻变成了理论上可行的推进装置。那曲速引擎到底有多厉害呢?这主要取决于它使空间发生弯曲的程度,空间弯曲得越厉害,其加速效果就越好。

根据相关理论的描述,曲速引擎可以分为10个等级,其中曲速1级对应的是1倍光速,而曲速10级对应的则是无限快的速度,随着曲速等级不断地接近10级,其对应的速度也会指数级地上升。

例如曲速2级可达10.079倍光速,曲速3级可达38.941倍光速,曲速9级可达1516.4倍光速,曲速9.99级可达3053倍光速,曲速9.9999级,则可达199516倍光速(具体如下图所示)。

可以看到,以曲速9.9999级对应的速度,我们只需要两分多钟就可以飞出太阳系,而即使是远在254万光年外的仙女座星系,我们也只需要10多年就可以抵达,更重要的是,曲速9.9999级并不是曲速引擎能达到的最高速度,只要能量足够强,我们还能够达到更高的速度。

因此可以说,未来的人类一旦掌握了这种科技,即可在浩瀚的宇宙中穿梭!但问题是,曲速引擎真的可以实现吗?实际上,对于这个问题,我们目前并没有确定的答案,不过在过去的研究中,除了提供理论支持之外,科学家还在实验中有一定的进展。

比如说在2021年的时候,一个来自无限空间研究所(Limitless Space Institute)的研究团队,就在实验室中利用“卡西米尔效应”,确定了一个真实的、可以制造的纳米结构,该结构可以产生负的能量密度,并因此具备了曲速引擎所需要的“曲率泡”的特征。

尽管这只是一个微观尺度的纳米结构,但我们从中也看到了一线曙光,或许我们可以乐观地认为,随着科技水平的不断发展,在不太遥远的未来,人类真的能够制造出曲速引擎,进而实现进入星辰大海的梦想。