重力波來源不只緻密天體碰撞，也可能是科幻曲速引擎失效

曲速引擎目前是僅存於科幻小說的先進太空推進系統，但一群來自英國、德國的科學家最近研究曲速引擎背後科學原理，推測曲速引擎失效後或許會引起可被人類偵測到的重力波。

以光速前往距離太陽最近的「比鄰星」恆星系統尚需 4 年光景，遑論目前人類太空推進技術遠不及光速，離開太陽系這個遠大抱負因此一直存於想像中。

受愛因斯坦啟發，物理學家米給爾·阿庫別瑞（Miguel Alcubierre）在 1994 年首次對曲速引擎（Warp Drive）進行數學建模，根據他的說法，曲速引擎是種由負能量（Negative energy）或負物質（Negative matter）推動的假想超光速推進系統，能透過曲速驅動機制實現比光速更快的旅行（相對於外部觀察者）。

簡而言之，曲速引擎並非將飛船加速至超光速，而是透過在飛船周圍創造一種「曲速泡」扭曲時空，使飛船前方空間收縮、後方空間膨脹，飛船便在扭曲時空中短時間內航行極遠距離，於不破壞廣義相對論前提下進行超光速飛行。

▲ 曲速引擎在飛船周圍扭曲時空示意圖。（Source：Д.Ильин: vectorization, CC0, via Wikimedia Commons）

最大問題在於該模型需要負能量，而目前技術還無法理解或實現這點。雖然科學家不會建造曲速引擎，但仍能使用數學模擬其他潛在行為，比如英國倫敦瑪麗皇后大學天體物理學家 Katy Clough 與卡迪夫大學 Sebastian Khan、德國馬克斯·普朗克引力物理研究所 Tim Dietrich 合作，探討萬一曲速引擎失效、故障，是否會發出可被雷射探測器如：LIGO、LISA 天文台偵測到的重力波。

團隊意識到，目前還沒有任何已知物理機制可以穩定維持曲速泡，我們需要以某種方式控制壓力對曲速流體密度的變化，類似核融合實驗中需以雷射限制電漿，因此太空若有高等外星文明的曲速引擎故障失效，導致曲速泡破裂，便會因突然劇烈改變時空而產生強大重力波訊號。

透過分析此類事件能量與重力波如何輻射，研究人員推測先進曲速引擎失效的重力波訊號強度、頻率取決於曲速泡大小。

論文中，研究人員假設存在一個 1 公里寬的曲速泡與 10% 光速行進的飛船，若重力波訊號足夠強，應該會產生 300 kHz 訊號，且可在距離我們 326 萬光年範圍內偵測到。

此外，曲速引擎失效產生的重力波特徵與天體合併之重力波不同，前者會以突發形式出現，隨後出現特定振盪週期；整體來說，該訊號與重力波探測器觀察到的典型緻密雙星合併不一樣，而更類似不穩定中子星坍塌、雙黑洞正面碰撞等事件。

我們不知道用來建造曲速引擎的物質類型，因此不知道它在宇宙傳播時是否與正常物質相互作用，也無法直接檢測相關訊號，但若高等外星文明已經弄清楚如何建造並使用曲速引擎，現有天文台或許能探測到一絲痕跡。

（首圖來源：pixabay）