科学家提出曲率推进新解释 广义相对论仍然说得通

早在 1994 年，物理学家米格尔·阿尔库比尔（Miguel Alcubierre）提出了一项比光速旅行更快的曲率推进（Warp Drive）理论。这个有趣的想法 —— 通过扭曲现实的结构，以绕过宇宙极限速度的约束 —— 甚至吸引了 NASA 在 Eagleworks 实验室开展相关研究。但 Alcubierre 的设想，似乎也包含了无法解决的问题。

最近，美国物理学家阿列克谢·鲍勃里克（Alexey Bobrick）和詹安·马蒂尔（Gianni Martire）在一篇新发表的文章中提出了相关问题的解决方案，并且引发了广泛关注。

虽然距离技术实现还有很长一段路要走，但至少还存在着一丝希望。根据爱因斯坦的广义相对论，时空（现实的本质）也会随着物质和能量的存在而发生扭曲，反过来又解释了物质和能量是如何运动的。

但广义相对论对星际旅行也提出了两个限制：首先，约 30 万公里/秒的光速无法被超越。即便以光速前进，抵达最近的比邻星也需要 4 年的时间。

其次，相对于陆地上的时间，接近于光速的太空飞船上的时钟会变慢（又称时间膨胀）。假设加速度处于恒定状态，那或许可在一个人的生命周期内抵达 150 光年外的一颗遥远恒星，但返回地球将超过 300 年。

不过 Miguel Alcubierre 认为，广义相对论应该还是允许出现扭曲的时空气泡（Warp Bubbles）的。意味着我们或许可以扭曲气泡之前的时空，并气泡扩展到后方。

如此一来，气泡内部“平坦区域”（物质和能量呈现独特的排列性质），就能够让飞船以快于光子的速度移动。

为解释这一语境中‘平坦’的含义，可将时空看做一块橡皮垫，垫子会在存在物质和能量的情况下弯曲（想象在垫子上放了个保龄球）。

所谓的重力（引力），意味着物体滑入由恒星和行星等天体产生的凹痕中的趋势。而平坦区域就像垫子上没有放任何东西的那部分。

更棒的是，这种推进方式还可避免时间膨胀带来的不适后果。就算当事人进入了深空，仍然可以与最亲近的人打招呼。那么 Miguel Alcubierre 提出的曲率推进装置，又是如何工作的呢？

SCI Tech Daily 指出，想象地毯上有一个杯子。你既可以在毯子上移动，也可以将毯子拉向自己。扭曲失控的曲率引擎，就像是在拉扯时空以更接近于目的地。

不过这种类比也有其局限性，翘曲并没有将目的地真的拉向我们，而是缩短了时空、让我们的路径变得更短。打开引擎后，你与杯子之间的地毯变得更少了而已。

尴尬的是，尽管这种解释在数学上表现得相当严谨，但普通人仍然很难凭借日常直觉去理解。庆幸的是，Bobrick 和 Martire 的相关工作，就致力于化解这方面的矛盾。

其表示，任何翘曲引擎都必须是处于恒定运动状态的材料壳，并包含了平坦的时空区域。壳层的能量改变，也会影响内部时空区域的属性。

以驾车驰骋为例，车身是以物质形式呈现的能量壳，围绕着平坦区域行进。不同的是，身处车内的人们，其年龄不会因此而更快地流逝。

不过为了让方程式两头能够平衡，Miguel Alcubierre 的穿梭工具必须以“负能量”（Negative Energy）运行 —— 但我们尚未在现实世界中发现任何负能量来源。

此外这种方式对能源的需求量非常大，保守估计要动用宇宙中的全部能量。后续研究中，Bobrick 和 Martire 认为曲率引擎可混合正负能量以减少能源开销，但整体能源需求仍相当巨大。