曲速引擎梦想能否照进现实?

漫步宇宙马特·威廉斯2019-10-11 16:58

曲速引擎能够帮助人类实现星际旅行的梦想,但一直以来,这种推进装置只停留在科幻作品。据信,美国宇航局正悄悄测试这种革命性的太空旅行方式,从地球前往月球只需要短短4个小时,甚至有可能进行超光速旅行。不过,绝大多数科学家认为超光速太空旅行不可能成为现实,至少短期内无法实现。

曲速引擎梦想能否照进现实?

采用曲速引擎的星际飞船

在很多科幻影片中,超光速飞船都是标配。只需按一下按钮,踩一下踏板,这种飞船便会把我们送往宇宙中的另一个地点。不过,没有人能够解释超光速推进系统的工作原理。最近几年,一些科学家将目光投向所谓的“阿库别瑞曲速引擎”,认为这种超光速引擎可能具有可行性。
8月19日至22日在印第安纳波利斯举行的2019年美国航空航天学会推进与能源论坛上,曲速引擎成为一个热门讨论话题。阿拉巴马大学亨茨维尔分校推进研究中心的工程师约瑟夫·安格努表示曲速推进系统背后的理论相对比较简单。曲速引擎的概念由墨西哥理论物理学家米给尔 阿库别瑞1994年提出。

曲速引擎梦想能否照进现实?

美国科学家据说正在研制一款《星际迷航》型曲速引擎,用于未来的太空旅行。曲速引擎有望让超光速星际旅行成为一种可能

阿库别瑞引擎会产生曲速泡,通过拉伸曲速泡内的时空结构实现超光速飞行。曲速泡能够压缩飞船前方的时空,同时让后方的时空发生膨胀。准确地说,超越光速的并非飞船,而是飞船周围的时空以超光速移动。

过去,科学界普遍认为阿库别瑞引擎完全是理论上的或者说只是一种猜测。最近几年,这一设想重新焕发生机。这主要归功于美国宇航局鹰工厂实验室的哈罗德·怀特。他是先进推进研究小组的负责人。在2011年举行的百年星舰研讨会上,怀特分享了有关阿库别瑞引擎的最新计算结果。他表示阿库别瑞的理论具有合理性,但需要一些严谨的测试和进一步发展。在此之后,他和同事便一直在鹰工厂实验室开展相关研究。

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超光速飞船艺术概念图,采用阿库别瑞曲速引擎

求学期间,安格努的大部分精力都用在钻研阿库别瑞的理论和曲速力学。在导师詹森·卡希伯里的指导下,安格努开始深入研究曲速引擎。卡希伯里是机械与航空航天工程学副教授,同时还是阿拉巴马大学亨茨维尔分校推进研究中心的研究员。

安格努指出曲速力学研究面临的一个最大问题是,科学界至今没有非常严肃对待这一设想。他说:“以我的经验,只要一提到曲速引擎,通常都会遭到奚落,因为在很多人眼里,它完全是理论上的,只存在于科幻作品中。最初,我将曲速引擎与超光速归为一类,因为它们都违背了‘光速是终极速度’的假设。直到深入钻研这一理论,我才意识到它并不存在这个问题。”

曲速引擎梦想能否照进现实?

激光干涉引力波天文台(LIGO)

曲速引擎研究仍处于“婴儿时期”。但在最近,科学家取得了很多进展。2016年,激光干涉引力波天文台(LIGO)发现了自然产生的引力波。这一发现不仅证实了爱因斯坦一个世纪前的预测,同时也证明自然界存在打造曲速引擎的基础。安格努指出这可能是最重大的一项成果,但绝非唯一一项。

他说:“过去5到10年,在预测曲速引擎的潜在影响和探寻这种引擎的可行性方面,科学家取得了很多引人注目的进展。这些进展巩固了基本假设和概念,同时也让在实验室测试这一理论更具有可行性。”

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黑洞合并艺术概念图。两个黑洞合并会产生引力波

安格努称:“在我看来,LIGO发现引力波是科学界的一次巨大飞跃。这一发现证明时空会在存在巨大引力场的情况下发生扭曲。引力波以一种可测方式在宇宙中传播。在此之前,我们只能推测可能的情况,这要感谢爱因斯坦。现在,我们找到了确切答案。”

安格努指出曲速推进系统依赖时空的膨胀和收缩。引力波的发现表明自然界存在这些效应。“既然已经知道这些效应真实存在,下一个问题就是如何对其进行研究并在实验室再现这些效应。毫无疑问,这种研究需要投入大量时间和资源,但同时也能取得巨大收益。”

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《星际迷航》中的曲速泡

当然,曲速引擎研究面临诸多挑战,在实验性研究具有可行性前还需获得更多支持和取得大量进展,例如理论框架和技术方面的进展。安格努表示如果我们将曲速引擎研究视为容易解决的问题,而不是一个巨大挑战,就一定能取得进展。

他说:“如果想打造曲速引擎,就需要找到一种途径,可以随心所欲地膨胀和压缩时空。此外,时空的膨胀和压缩要控制在一个很小的范围,例如环绕一个小型物体或者一艘飞船。我们知道极高能量密度的电磁场或者质量能够导致时空扭曲。根据我们当前的分析,这需要耗费惊人的能量。”

曲速引擎梦想能否照进现实?

阿库别瑞引擎产生的曲速场。场内的飞船利用负能量收缩前方的空间,同时让后面的空间膨胀,以实现超光速

安格努表示:“科技界应尽最大可能,改善相关设备和流程,让高能量密度更具有可行性。我认为一旦可以在实验室复制这些效应,便可以极大地加深我们对引力工作机制的认知,为某些尚未被发现的理论或者漏洞打开一扇门。我个人认为能量是最大障碍。克服这个障碍涉及到很多技术方面的问题,例如需要打造更大的电磁场和灵敏度更高的设备。”

打造曲速泡所需的正能量和负能量数量仍是阿库别瑞曲速引擎梦的最大挑战。科学家认为保持产生曲速泡所需负能量密度的唯一途径就是借助奇异物质。据科学家估计,所需的总能量与木星的质量相当。听起来很惊人,但与早期估计相比仍是小巫见大巫。过去,科学家一度认为所需能量相当于整个宇宙的质量。

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《星际迷航》中的“进取”号飞船,速度可超越光速

然而,与木星质量相当的奇异物质总量仍让人望而却步。换句话说,科学家仍需取得重大进展,大幅减少所需能量,才能让打造曲速泡更具有可行性。安格努表示当前唯一的可行道路就是进一步发展量子物理学、量子力学和超材料。在技术方面,我们还需要研制更先进的超导体、干涉仪和磁发电机。当然,研制曲速引擎还面临资金问题。对于任何前景不确定的设想,资金始终是一个巨大挑战。

但安格努表示所有这些都不是无法战胜的挑战。鉴于当前取得的一系列进步,我们有理由对未来充满希望。他说:“这是一项值得我们探寻的理论。与过去相比,寻找该理论成立证据的难度要小得多。人类一直梦想着飞出太阳系,甚至飞出银河系,曲速引擎能够帮助人类实现这些巨大飞跃,因此我们有必要投入资源展开相关研究。”

曲速引擎梦想能否照进现实?

曲速飞船艺术概念图

与航空电子设备、核研究、太空探索、电动汽车和可重复使用的火箭助推器一样,阿库别瑞曲速引擎注定是一个伟大,但充满挑战的设想。如果说历史能给我们带来启示的话,那这个启示就是一旦穿过“不能返回临界点”,一切便突然豁然开朗,所有的设想似乎都具有可能性。

随着科学家发现越来越多的系外行星,一定有很多人梦想着探索太阳系附近的恒星系统,寻找具有潜在宜居性的“第二地球”。如果能够研制出曲速引擎,便能让这些梦想照进现实。

翻译:牛树军
编辑:Frank

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曲速引擎梦想能否照进现实?
(漫步宇宙)

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