超光速與曲速引擎

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1、NASA研究可扭曲空間的曲速引擎10倍光速星際旅行宇宙中，離我們地球最近的恒星系統(tǒng)是半人馬阿爾法星系（AlphaCentauri），距離為4.4光年。如果按照Voyager-1（旅行者1號(hào)）宇宙飛船62136km/h的速度行進(jìn)，抵達(dá)半人馬阿爾法星系需要6.7萬年，這對(duì)人類而言是個(gè)過于漫長(zhǎng)的時(shí)間。雖然還存在許多不同的推進(jìn)系統(tǒng)，比如離子推動(dòng)器（iondrives），不過沒有一個(gè)能夠真正接近光速，并將星際旅行的時(shí)間縮短?！　∪ツ晗掳肽?，NASA組建了一支致力于曲速引擎（warpdrive，也有譯作翹曲引擎）技術(shù)研究的小型團(tuán)隊(duì)（沒錯(cuò)，這不是科幻片，

2、NASA真的打算玩扭曲時(shí)空）。這種曲速引擎如果可以實(shí)現(xiàn)，就能夠真正令星際旅行的速度達(dá)到和超過光速，讓人們完成許多過去無法完成的太空探索?！　?shí)際上早在1994年，墨西哥物理學(xué)家MiguelAlcubierre就提出了曲率驅(qū)動(dòng)的概念，而由Harold“Sonny”White領(lǐng)導(dǎo)的這支隊(duì)伍則嘗試對(duì)Alcubierre曲速引擎進(jìn)行一些改進(jìn)，當(dāng)然產(chǎn)出引擎實(shí)物的前提是人類能夠解決如何制造與存儲(chǔ)反物質(zhì)的問題。White及其團(tuán)隊(duì)目前正在做的研究是探討這種曲速引擎實(shí)現(xiàn)的其他問題，比如說推動(dòng)所需能量、采用曲速引擎的飛船應(yīng)該長(zhǎng)什么樣子，以及以曲速推進(jìn)時(shí)會(huì)發(fā)生怎

3、樣的情況。在接受媒體采訪時(shí)，SonnyWhite解釋了超光速旅行的可能性：“你以每小時(shí)3英里的速度步行前進(jìn)。然后踏上機(jī)場(chǎng)的傳送帶，此時(shí)你仍保持每小時(shí)3英里的步行速度，那么實(shí)際前進(jìn)的距離就遠(yuǎn)比不在傳送帶時(shí)多。”在解釋以曲速做星際旅行是怎樣的感覺時(shí)，White說，“出發(fā)時(shí)就會(huì)有一個(gè)初速度，就像是在看影片快進(jìn)一樣?！痹谙鄬?duì)論中，運(yùn)動(dòng)速度和物體的其它性質(zhì)，如質(zhì)量甚至它所在參考系的時(shí)間流逝等，密切相關(guān)，速度低于（真空中）光速的物體如果要加速達(dá)到光速，其質(zhì)量會(huì)增長(zhǎng)到無窮大因而需要無窮大的能量，而且它所感受到的時(shí)間流逝甚至?xí)Ｖ梗ㄈ绻^光速則會(huì)出現(xiàn)“時(shí)

4、間倒流”），所以理論上來說達(dá)到或超過光速是不可能的（至于光子，那是因?yàn)樗鼈儽旧碣|(zhì)量為零）。但也因此使得物理學(xué)家（以及普通大眾）對(duì)于一些“看似”超光速的物理現(xiàn)象特別感興趣。但是在介質(zhì)中，物體的運(yùn)動(dòng)速度超過介質(zhì)中的光速則是可能的。因?yàn)楣馑僭诮橘|(zhì)中會(huì)下降。這種情況下會(huì)產(chǎn)生一些特別的現(xiàn)象。假使物體帶電，則會(huì)發(fā)出藍(lán)色光為主的切連科夫輻射。然而上述相對(duì)論的說法遭到了最近歐洲中微子實(shí)驗(yàn)的沖擊，有可能這個(gè)理論被突破，超光速的傳播還是有可能的，如果真是這樣，時(shí)間倒流這些理論就會(huì)被修改2011年9月22日，意大利物理學(xué)家在OPERA實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種超光速的中微

5、子，如果實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確鑿無誤，愛因斯坦的相對(duì)論將會(huì)受到挑戰(zhàn)[4][5][6]。OPERA的此次實(shí)驗(yàn)由位于意大利中部山區(qū)的格蘭薩索國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（LNGS）與位于瑞士日內(nèi)瓦的歐洲核子研究組織(CERN)合作進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基于對(duì)16,111次中微子測(cè)量事件的觀察,標(biāo)示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一超出光速,為現(xiàn)實(shí)中宇宙速度的極限?？紤]到這是一個(gè)潛在的影響深遠(yuǎn)的結(jié)果，在結(jié)論被駁斥或堅(jiān)實(shí)建立之前，還需要更多獨(dú)立而無關(guān)的測(cè)量[3]。但是該實(shí)驗(yàn)最終錯(cuò)誤，是測(cè)量人員的技術(shù)失誤。于2012年6月8日世界公布實(shí)驗(yàn)錯(cuò)誤。　　先前MiguelAlcubie

6、rre所提出采用曲速引擎的宇宙飛船，是一個(gè)采用塔橋連接周圍環(huán)狀結(jié)構(gòu)的球形航天器，“想象一個(gè)橄欖球，周圍圍繞著環(huán)狀結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)和工作人員就在橄欖球中，而環(huán)狀結(jié)構(gòu)由外來物質(zhì)構(gòu)成”，這里所謂的外來物質(zhì)即是飛船的能量源，其實(shí)現(xiàn)方式就目前的研究來看，人類對(duì)其仍知之甚少?！　∵@種設(shè)計(jì)能讓飛船周圍的時(shí)空扭曲，飛船前的空間收縮，飛船后的空間擴(kuò)張，而飛船本身位于一個(gè)沒有被彎曲的時(shí)空組成的扭曲時(shí)空泡（warpbubble）中。時(shí)空泡帶著飛船以10倍光速穿梭于時(shí)空間。從已有的宇宙觀察研究來看，這種時(shí)空的變形是可能的，不過在理論跨往哪怕實(shí)驗(yàn)室的實(shí)現(xiàn)過程中都有著很

7、多的問題?！　lcubierre曲速引擎的問題有很多，比如說人能否在這樣的氣泡中存活，不過其中最需要解決的問題是達(dá)到光速所需的能量。在Alcubierre的原始設(shè)計(jì)中，這種曲速引擎所需的最小能量就約等于木星的質(zhì)能。去年，SonnyWhite為了解決這一問題，就對(duì)Alcubierre的設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，包括將圓環(huán)結(jié)構(gòu)從扁圓改為形似甜甜圈的正圓，令所需能量下降到可由相當(dāng)于700kg旅行者1號(hào)的質(zhì)能推動(dòng)的程度。不過，現(xiàn)在就考慮這種曲速引擎要真正投入實(shí)際使用還為時(shí)過早，NASA的這支研究隊(duì)伍雖然有了概念上的論證步驟，以期了解Alcubierre曲速

8、引擎是否可運(yùn)轉(zhuǎn)起來，但微小的曲速泡卻與現(xiàn)實(shí)中的原型設(shè)備幾乎沒有關(guān)系，而且要找到用于環(huán)形結(jié)構(gòu)的“外來物質(zhì)”就是個(gè)不可知的問題。所以期待超光速星際旅行的同學(xué)可能在有生之年也不會(huì)見到這