曲速引擎到底有多厲害?人類一旦掌握,即可在浩瀚的宇宙中穿梭!

2023-12-23     魅力科學君

原標題:曲速引擎到底有多厲害?人類一旦掌握,即可在浩瀚的宇宙中穿梭!

我們人類的夢想是進入浩瀚的星辰大海,但宇宙中遙遠的距離,卻是一個我們難以逾越的障礙。一個最直接的例子就是,我們所在的太陽系,其半徑有大約1光年(以奧爾特云為界),而迄今為止,人類飛得最遠的探測器——旅行者1號,用了40多年的時間,也只飛了大約243.3億公里,大概就是0.0026光年。

毫不誇張地講,以我們人類目前的科技水平,連飛出太陽系都是極為困難的。當然了,這只是現在的情況,或許我們可以樂觀地認為,在不太遙遠的未來,人類可以憑藉比現在強大得多的科技,在浩瀚的宇宙中穿梭。實際上,這樣的未來,早已出現在各種科幻作品之中。

要知道宇宙中的天體距離動輒就是若干光年,而1光年就是以真空中的光速直線前進1年的距離,也就是說,在浩瀚的宇宙中,即使是光速都顯得非常慢。所以在很多科幻作品中,都存在著超光速飛行的科技,比如說在科幻電影《星際迷航》之中,就描述了一種被稱為「曲速引擎」(Warp drive)的推進裝置。

根據設定,曲速引擎能夠讓空間的幾何結構發生彎曲,進而讓空間去「推」著宇宙飛船持續前進,由於這種推進方式可以繞開狹義相對論的限制,因此在能量足夠強大的情況下,宇宙飛船就能夠進行超光速飛行。

在曲速引擎提出之後的很長一段時間裡,人們都只是將其放在科幻的範圍內進行討論,但在1994年的時候,情況發生了改變,因為在這一年裡,墨西哥理論物理學家米格爾·阿庫別瑞(Miguel Alcubierre)根據廣義相對論建立了一個後來被稱為「阿庫別瑞度規」的時空數學模型。

簡單來講就是,「阿庫別瑞度規」允許宇宙飛船將自己包裹在一個由彎曲的空間形成的「曲率泡」之中,然後以一種類似波動的方式使其後方的空間膨脹、前方的空間收縮,進而持續地推動「曲率泡」以及包裹在其中宇宙飛船前進。

這種推進方式的巧妙之處在於,在持續前進的過程中,宇宙飛船相對於「曲率泡」中的空間是靜止的,並不會產生狹義相對論的「質增效應」,在這種情況下,宇宙飛船就可以繞開狹義相對論的限制,如此一來,超光速飛行就成為了可能。

也就是說,在「阿庫別瑞度規」提出之後,曲速引擎就從科幻變成了理論上可行的推進裝置。那曲速引擎到底有多厲害呢?這主要取決於它使空間發生彎曲的程度,空間彎曲得越厲害,其加速效果就越好。

根據相關理論的描述,曲速引擎可以分為10個等級,其中曲速1級對應的是1倍光速,而曲速10級對應的則是無限快的速度,隨著曲速等級不斷地接近10級,其對應的速度也會指數級地上升。

例如曲速2級可達10.079倍光速,曲速3級可達38.941倍光速,曲速9級可達1516.4倍光速,曲速9.99級可達3053倍光速,曲速9.9999級,則可達199516倍光速(具體如下圖所示)。

可以看到,以曲速9.9999級對應的速度,我們只需要兩分多鐘就可以飛出太陽系,而即使是遠在254萬光年外的仙女座星系,我們也只需要10多年就可以抵達,更重要的是,曲速9.9999級並不是曲速引擎能達到的最高速度,只要能量足夠強,我們還能夠達到更高的速度。

因此可以說,未來的人類一旦掌握了這種科技,即可在浩瀚的宇宙中穿梭!但問題是,曲速引擎真的可以實現嗎?實際上,對於這個問題,我們目前並沒有確定的答案,不過在過去的研究中,除了提供理論支持之外,科學家還在實驗中有一定的進展。

比如說在2021年的時候,一個來自無限空間研究所(Limitless Space Institute)的研究團隊,就在實驗室中利用「卡西米爾效應」,確定了一個真實的、可以製造的納米結構,該結構可以產生負的能量密度,並因此具備了曲速引擎所需要的「曲率泡」的特徵。

儘管這只是一個微觀尺度的納米結構,但我們從中也看到了一線曙光,或許我們可以樂觀地認為,隨著科技水平的不斷發展,在不太遙遠的未來,人類真的能夠製造出曲速引擎,進而實現進入星辰大海的夢想。

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh/c81d3e58d250c8e9f40aa518c64cbcda.html