曲速引擎:曾被寄予厚望 现遭“一瓢冷水”

2018-06-14 09:31:07 来源: 科技日报 作者: 张梦然

人类能进行超光速旅行吗——
曲速引擎:曾被寄予厚望 现遭“一瓢冷水”

本报记者 张梦然

一幅1998年的插图,展示了飞船利用负能量进行时空扭曲并超越光速。

图片来源:NASA

2008年8月,美国国防部曾与几十名研究人员签约,委托他们探寻最先进的航空航天技术,其中包括人类前所未见的推进、发射和隐形技术。

2010年4月,研究团队就推进技术方面,递交了一份长达34页、名为《曲速引擎、暗能量和利用额外维度》的报告。直到最近,这份神秘的报告才对外公开。

报告的结论是什么?曲速引擎何时会实现?人类可能进行超光速旅行吗?

这份报告其实还比较乐观,但理论物理学家却告诉我们:零可能。

深孚众望的曲速引擎

我们知道,人类若希望挺进更深远的宇宙,必须要出现比化学能火箭更先进的推进系统。

曲速引擎(Warp drive)这一概念,是《星际迷航》系列中最常见且最吸引人的存在。它属于一种超光速推进系统,和跳跃引擎、星际传送器等科幻作品中的设备作用相似,但理论不同。

曲速技术在设定上,并不允许在两点间进行瞬时旅行。而是设想通过在宇宙飞船周围产生一种正常时空的人工“泡泡”,使飞船能够以超过光速几个数量级的速度航行,既保证了安全,又回避了时间膨胀的相对论性的问题。正因如此,曲速引擎才被视为人类理想的推进工具。

除了国防部,美国国家航空航天局(NASA)也一直在跟进这项技术。2015年5月,NASA在约翰逊航天中心设立的工作室展开了所谓的曲速引擎实验,在模拟太空环境的真空中对这种科幻级的动力系统进行了测试。但结果却引起一片哗然,因为他们是通过一套被称为EmDrive的动力装置获得的推力,并非靠扭曲时空行进的曲速引擎。更重要的是,这套方案的问题实在不小——EmDrive是违背基本物理法则的,许多专家都认为,NASA的研究结果或为实验误差所致。

一份理想化的报告

日前公开的曲速引擎报告指出,从未见过的更高维度以及神秘暗能量,可能并不像人们认为的那样遥不可及。

报告称,控制更高维度空间,或许就是在技术上掌控暗能量密度的源头所在,最终能够在新型推进技术,尤其是曲速引擎的研发过程中扮演重要角色。借助曲速技术,前往太阳系行星只需短短几个小时,而不是几年;前往本地恒星系统也只需要几周时间,而不是数十万年。

报告列举了一些行之有效的物理学思想,除了暗能量外,还有广义相对论、描述量子“真空能量”存在的卡西米尔效应、认为存在7个额外维度的M理论等,并表示我们可以利用这些“工具”研制曲速引擎,进而绕过爱因斯坦提出的一个基本法则——真空内任何物体的速度都不可能超越光速。

其方式就是利用大量暗能量,将额外维度膨胀成一个“泡泡”。这个泡要大到能容纳一艘体积100立方米的飞船,飞船前方的时空收缩,后面的时空膨胀,推动“泡泡”和飞船,使其像在一条时空通道中穿行一样。

这样确实无需在技术层面超光速。但报告承认,他们的结论还只是推测,完全理解暗能量的本质可能还需很多年的努力。但在大型强子对撞机取得突破以及M理论发展的前提下,人们或将在了解暗能量方面出现飞跃,从而实现技术革命。

“泼冷水”的理论学家

下一代太空驱动技术的讨论总能令所有人激动。但加州理工学院理论物理学家肖恩·卡罗尔对这份报告进行了详细研究,他的结论是:“这份报告将理论物理学的细枝末节加以装扮,让它们似乎有潜力应用于现实世界,但事实并非如此。”

卡罗尔指出,曲速引擎并非异想天开的“平地飞升”,而是真实存在的物理学。另外,额外维度理论、卡西米尔效应和暗能量,所有这些都真实存在。但遗憾的是,在我们有生之年甚至未来1000年,利用这些理论研发超光速飞行技术,可能性为零。

他指出这份报告太过理想化,短期内无法成为现实。在曲速场内,飞船需利用负能量收缩前方的空间,并让后面空间膨胀,以实现超光速。但目前没有人知道作为动力的负能量究竟是什么,更别提如何利用。半人马座阿尔法星虽是距离太阳系最近的恒星系统,约4.367光年,但利用一艘100立方米的飞船几年内就抵达该星,所需的负能量也是一个天文数字。

即使能够产生负能量,又该如何捕获、存储并以100%的效率加以利用?卡罗尔认为,现在谈实现曲速引擎实在是疯狂,这完全不是“我们需要更先进的晶体管”这种程度的信心,而是基本不具有可行性的讨论。

“理论上我并不能排除它的可能性,但我认为它是不可能的。”卡罗尔称,随着人们对物理学的认知更进一步,只会更加明确这个答案:“不,我们无法做到。”

(科技日报北京6月13日电)

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