谁小时候没对着满天繁星发过呆,做过去外星系遨游的美梦呢?可现实摆在这里,宇宙里的距离动不动就以光年来计算,对现在的人类来说,这就是一道翻不过去的天堑。我们生存的太阳系,要是以奥尔特云为边界算,半径足足有一光年。人类飞得最远的探测器旅行者一号,吭哧吭哧飞了四十多年,也才飞了0.0026光年,连太阳系的门框都没跨出去呢。
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要是说哪天我们能轻轻松松在宇宙里窜,大部分人都会觉得这是科幻片瞎编的吧。毕竟超光速旅行本来就只出现在科幻作品里,曲速引擎这个词,也一直是科幻迷圈子里的热门谈资。但最近NASA科学家搞出来的研究成果,好像让这件事离我们近了不止一点。
现在名气最大的研究,是NASA物理学家哈罗德·怀特带领团队做的,整个研究的基础,是物理学家米格尔·阿库别瑞在上世纪九十年代提出来的阿库别瑞引擎理论。这个理论的核心思路,其实就是折腾我们所处的时空,搞出一个包裹飞船的曲速泡。把飞船前面的时空压缩,后面的时空拉伸,飞船就能泡在这个曲速泡里,像坐冲浪板一样顺着时空往前滑。
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从理论上来说,这样操作下来,飞船相对于外界观测者的速度就能超过光速,还不违反爱因斯坦相对论定下的光速上限。这一点特别重要,等于说曲速引擎从根上就没违反物理规则,是有可能存在的。最早计算出来的结果却给所有人浇了冷水,要做出这么一个曲速泡,得消耗一整个木星质量对应的能量,这根本不是人类能搞出来的。
怀特看到这里,就想着能不能改改原来的模型,把能量需求降下来。他换了个思路,原来的模型是球形的曲速泡,他改成了甜甜圈一样的环形。这么一改直接整出了大突破,能量需求直接从木星级别,降到了七百公斤质量对应的能量。
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这个数字对现在的人类来说还是个不小的挑战,但和原来的天文数字比起来,已经降了好多个数量级。放在人类航天的角度来看,这一下就让本来完全不可能的事儿,变成了可以坐下来认真讨论的课题。旅行者一号飞四十多年才走了0.0026光年,曲速引擎目标直接是超光速,这种差距也能说明,为啥这么多科学家就算难也要啃这块硬骨头,它真的是人类打开星际大门的钥匙啊。
除了NASA基于阿库别瑞模型的这个研究方向,全球还有不少科学家在走别的路子,都想着在现有物理规则里搞定超光速旅行。其中一个方向用到了卡西米尔效应,这是一种量子层面的物理现象,两块现在卡西米尔效应已经能在实验室里观测到了,但要把它放大到航天能用的程度,还得等量子力学和材料科学再来几次大突破才行。这个门槛说低不低,能不能成谁也说不准,但总归是给了我们一个新的思路。
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靠得特别近的导电平板之间,会出现负能量密度。有科学家觉得,要是能把这个效应放大到宏观尺度,说不定就能帮我们还有个挺有意思的方向,和额外维度有关,这个概念来自弦论和膜宇宙学。这个理论说,我们现在感受到的三个空间维度之外,宇宙还有更多没发现的维度。要是这些额外维度真的存在,那我们说不定就能从这里走星际航行的捷径,思路和虫洞差不多。
造出曲速泡
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飞船直接从额外维度导航,能比原来的航行方式快不知道多少倍,再远的目的地也能很快到。可到现在为止,还没有任何实验能证明额外维度真的存在,这个想法还停留在理论假设阶段。
还有不少科学家把目光放到了暗能量身上,现在大家都认同,暗能量是让宇宙加速膨胀的主要推手。但暗能量也是现代物理学里,人类了解最少的内容之一。有科学家推测,要是哪天我们搞懂了怎么利用暗能量,就能人为在飞船周围制造时空的局部膨胀和收缩,用全新的方式实现远距离星际旅行。
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说白了现在曲速引擎研究还面临一大堆问题,离实际造出来能用的还有十万八千里。但人类这么多年不停探索,已经带动了理论物理、工程学、材料科学好多领域的进步。每一个新理论,每一次新实验,都在帮我们更了解时空的本质,更懂宇宙的运行规律。
前路确实有好多未知,好多坑,但这件事带来的收益太大了,大到我们根本不可能放弃。我们再回头看看那些数字,太阳系一光年半径,旅行者一号四十多年才走0.0026光年,从木星级能量降到七百公斤,这些落差就是人类要跨越的鸿沟。说不定再过多少年,我们真的能搞定曲速引擎。
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到那个时候,宇宙里动不动就几光年几十光年的距离,再也不是跨不过去的天堑,只是一段说走就走的旅程。原本只存在于梦里的星辰大海,真的会变成人类文明的新家园。
参考资料:新华网 曲速引擎:超光速旅行的梦想与现实
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