新的曲速引擎設計理論,靠更實際方法壓縮時空達到超光速旅行

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 12 日 16:49 | 分類 天文 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


如果人類想在有生之年內抵達距離最近的恆星系統,就必須找到一種比光速快的推進方式。雖然理論上認為超光速曲速引擎有機會實現,但難度在於它們涉及未解的奇異物理學。最近,天體物理學家 Erik Lentz 描述了一種新的理論,無須奇異物質參與,靠著正能量密度能源就能讓「超光速」引擎在常規物理學框架下進行時空旅行。

在愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論架構下,於恰當時空幾何或空間中以特定方式移動,理論上應可容許進行朝向過去或未來的時間旅行,想像一下拿著一張紙,從紙的一端沿著平面走到另一端需要一定時間,但若將紙對折起來,則幾乎一個瞬間就抵達另一端目的地。

有了理論支持,科學家便嘗試提出超光速(Faster-than-light,FTL)推進系統,比如物理學家 Miguel Alcubierre 在 1994 年提出阿庫別瑞引擎(Alcubierre drive),這是一種曲速引擎(Warp drive),原理為利用引擎壓縮飛船前方的時空並讓後方時空擴張,而飛船在稱為「曲速泡」的區間內乘著波動前進,氣泡內是時空的「平坦」區域,飛船在其中舒適前行,乘員甚至不會感覺到自己在移動,或者說,曲速泡內部時間流逝與外部時間相同,不會因此出現雙胞胎悖論。

▲ 阿庫別瑞引擎概念。(Source:賓州州立大學

使用這種方法前往離我們最近的恆星系統南門二(Alpha Centauri)將花不到 10 年光陰(若以目前的化學火箭推進系統抵達那邊需要 5 萬年以上時間)。然而,這種操作涉及產生大量負能量(negative energy)密度的假想粒子與物質狀態,以現有科技來說太過不切實際,光是目前技術都無法讓一物相對於另一物的時間超越或延遲幾毫秒。

▲ 不同引擎的飛行器前往南門二系統所需時間比較。(Source:哥廷根大學

相比之下,德國哥廷根大學天體物理學家 Erik Lentz 的新理論能解決負能量這重大問題。研究人員想出了從正能量製造曲速泡的方法,他們建議利用巨大引力來彎曲時空,只要找到一種方法可以將行星大小的質量壓縮至引擎大小即可——雖然,這也是一個巨大瓶頸,想像下要把整個地球的質量壓縮至一個 10 公尺長的殼中,所需能量也很大,Erik Lentz 解釋一台半徑 100 公尺的飛行器所需能量,大約是木星質量數百倍。

若以核反應爐比擬,則大約需要 30 個數量級,當今技術仍無法建造出這種引擎;但比起採用負能量,新方法更有可能實現。該研究指出,原理上可以基於當今人類已知的物理定律來建造這類球面對稱曲速引擎。新論文發表在《古典和量子引力》(Classical and Quantum Gravity)期刊。

(首圖為示意圖,來源:pixabay