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曲速引擎有多強大?人類一旦掌握了它,就可以遨遊廣闊的世界!

2024-03-05科學

我們人類的夢想是進入浩瀚的星海,但這世界的遙遠距離是一個難以逾越的障礙。最直接的例子之一就是,我們太陽系的半徑約為1光年(受到奧爾特雲的限制),而迄今為止,使用了40多年的人類距離最遠的探測器航海家一號也才飛過約243.3億公裏,約合0.0026光年。

可以毫不誇張地說,以我們現在的科技水平,連飛出太陽系都是極其困難的。當然,這只是目前的情況。或許我們可以樂觀地認為,在不遠的將來,人類將能夠以比今天更強大的科技來穿越宇宙。事實上,這樣的未來已經出現在各種科幻作品中。

要知道,宇宙中天體之間的距離往往是幾光年,而1光年就是在真空中以光速1年走直線的距離。也就是說,在浩瀚的宇宙中,即便是光速也顯得非常緩慢。。因此,在很多科幻作品中,都有超光速飛行技術。例如,科幻電影【星際迷航】中描述了一種稱為「曲速驅動」的推進裝置。

根據設定,曲速引擎可以彎曲空間的幾何結構,因此空間可以「推動」飛船繼續前進。因為這種推進方式可以繞過狹義相對論的限制,所以當能量足夠強時,它的威力就足夠了。在這種情況下,航天器可以以超過光速的速度飛行。

當曲速引擎提出時,人們只談論科幻小說,但到了1994年,情況發生了變化,因為在這一年,墨西哥理論物理學家米格爾·艾爾庫別雷(MiguelAlcubierre)根據曲速驅動的一般理論建立了時空數學模型。相對論,當時被稱為「艾爾庫別爾度量」。

簡單來說,「艾爾庫別爾度量」可以讓航天器將自己包裹在彎曲空間形成的「曲率氣泡」中,然後導致其後面的空間像波浪一樣移動。前方空間的膨脹和收縮繼續推動「曲率氣泡」,飛船環繞前方。

這種推進方式的巧妙之處在於,在不斷前進的過程中,飛船在「彎曲氣泡」中相對於空間靜止,不會產生狹義相對論的「品質增加效應」。在這種情況下,航天器可以繞過狹義相對論的限制,進行超光速飛行。

也就是說,「艾爾庫別爾公制」提出後,曲速發動機從科幻小說變成了理論上可行的推進裝置。那麽曲速引擎有多強大呢?這主要取決於空間曲線的多少。空間越彎曲,加速效果越好。

根據相關理論描述,經編機可分為10個等級。扭曲速度等級1對應於1倍光速,而扭曲速度等級10對應於無限速度。隨著曲速等級不斷接近10級,相應的速度將呈指數級增長。

例如,曲速等級2可以達到10.079倍光速,曲速等級3可以達到38.941倍光速,曲速等級9可以達到1516.4倍光速,曲速等級9.99可以達到。達到3053倍光速,而曲速等級9.9999,則可以達到199516倍光速(具體如下圖所示)。

可以看到,以9.9999曲速對應的速度,我們只需要兩分多鐘就可以飛出太陽系,甚至飛到距離我們254萬光年的仙女座星系,我們只需要10多年的時間就可以實作。更重要的是,9.9999的扭曲速度水平並不是扭曲引擎可以達到的最高速度。只要能量足夠強,我們就能達到更高的速度。

所以可以說,未來人類如果掌握了這項技術,就可以穿越浩瀚的宇宙了!但問題是,曲速驅動可能嗎?事實上,這個問題目前我們還沒有一個確定的答案,但在過去的研究中,科學家們除了提供理論支持外,在實驗上也取得了一定的進展。

例如,2021年,無限空間研究所的一個研究團隊在實驗室中利用「卡西米爾效應」來確定實際的、可制造的奈米結構,這種結構可以產生負能量密度,因此具有曲速引擎所需的「曲率氣泡」特性。

雖然這些只是微觀的奈米結構,但我們也看到了一線希望。或許我們可以樂觀地認為,隨著科技的不斷發展,在不遠的將來,人類真的能夠制造出曲速引擎,進而實作進入星辰大海的夢想。