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阿庫別瑞引擎
來源:互聯網

俗稱為阿庫別瑞引擎或曲速引擎的“阿庫別瑞度規”,是一項推敲性的時空數學模型,可以仿造出科幻中星際旅行里的作為跨星際的超光速航行的工具——曲速引擎,因此才被俗稱為“曲速引擎”,這種俗稱也出現在物理學的期刊論文之中。

阿庫別瑞引擎遵守廣義相對論阿爾伯特·愛因斯坦方程,在這范疇下建立出一項特別的時空度規。物理學家米給爾·阿庫別瑞于1994年提出了波動方式展延空間,導致航行器(簡稱為“船”)前方的空間收縮而后方的空間擴張,前后所連成的軸向即為船想要航行的方向。船在一個區間內乘著波動前進,這區間稱為“曲速泡”,是一段平坦時空。既然船在泡泡內并不真的在移動,而是由泡泡帶著船走,廣義相對論中對于物體速度不可超過局域光速的限制就派不上用場。還不知道怎么引發出這樣的波動,或是一旦引發了,船要怎么離開它。因此阿庫別瑞引擎至今仍屬于理論概念范疇。

引擎特性

對于熟悉狹義相對論中種種效應——諸如亨德里克·洛倫茲收縮、相對論性質量增加及時間展長——的人來說,阿庫別瑞度規有些獨到之處。既然處在度規中國移動通信集團體積中心的船,其相對于局域平坦空間是靜止的,則相對論性質量增加或時間展長就不會發生。航天飛機上的時鐘進行的速率會和外界觀察者的時鐘一樣,而觀察者所測到的船質量不會增加,即使這艘船在他/她看來是在做超光速航行。此外,阿庫別瑞亦指出:即使船在加速,它仍然是航行在自由落體的短程線上。換言之,利用曲速來加速或減速的船永遠處在自由落體狀態,船員也感受不到一般加速下會出現的G力。龐大的潮汐力會出現在平坦空間體積的邊緣,因為該處會有很大的空間曲率,但透過合適的度規設計,這些區域可以被弄成很小,而不會影響鄰近的空域或星球。

科幻背景

科幻中常會利用到“超光速(Faster-than-light,FTL)航行”來表示五花八門的虛擬推進方式,其中多數和阿庫別瑞引擎或其他物理理論無關。星際迷航的影迷指稱:在星際迷航中,因為名詞的相稱性,阿庫別瑞理論被廣泛地接受,用以解釋電視系列劇中多數場合下對于物理定律的明顯違反。阿庫別瑞博士所寫關于空間扭曲物理的論文發表于1994年,時間上是在派拉蒙影業公司(Paramount Pictures)對于劇中曲速引擎的虛擬物理設定完好之后(1991年[1]),而兩者間本質上的相似之處可以說是極為湊巧。(特別說明的是科幻系列《星際迷航》設定中,關于曲速引擎會運用到的“子空間/在科幻上”則與阿庫別瑞所提到的重力及空間扭曲無甚關連。)

此外,時間上早于阿庫別瑞引擎的還包括了動畫版的《未來艦長》也提到了類似機制的航行方式,稱為波動模式(undulating mode)。

發展歷程

Chris Van Den Broeck于一篇1999年的論文試圖闡述一些可能的課題,亦發表在《經典與量子引力》期刊。借由將引擎運送的“曲速泡”的3+1維表面積收縮,同時擴張所包含的內部3維體積,Van Den Broeck能將運輸幾顆小原子所需的總能量減少到少于3個太陽質量。隨后,透過對Van Den Broeck度規稍微修改,Sergey Krasnikov可以將負能量總需求縮減到幾個毫克[2]。

González-Díaz的工作解決了2維量子不穩定性的問題。在此一發表在《物理評論D》62卷(Physical Review D Vol. 62),González-Díaz提議考慮封閉類時曲線的課題。這樣的改善允許了多連通空間(multiply-connected spaces),結束了短程線不完備性并滿足了量子不穩定性的要求。

最新設想

2012年9月14日,美國航空航天局約翰遜航天中心的科學家和工程師們在“百年星艦”的研討會上,提出了通過“曲速引擎”實現恒星宇宙航行的議題,并認為該技術是有希望實現的。

物理學家米給爾·阿庫別瑞設想的“曲速驅動”方式是在一艘形狀似足球狀的宇宙飛船外形成一圈巨大的環,該環需要特殊的技術制造,其功能是使的飛船外部的時空彎曲并圍繞著飛船,形成一個曲速泡。

載人飛船前后空間可進行收縮和擴張,而飛船本身卻置于一個沒有扭曲的時空泡中,也就是說只有曲速泡外的時空發生了扭曲,飛船所在的時空是平坦的。根據伊卡洛斯星際公司首席執行官、物理學家、博士后研究員理查德·奧伯塞(Richard Obousy)介紹:“在宇宙空間中,光速是恒定的,一切物體運行速度都要受到光速的限制,但曲速驅動是一個很酷的想法,通過‘編織’時空而避免了光速限制的定律。”按照這一概念打造的宇宙飛船,將能夠實現10倍光速左右的宇宙航行速度,而且不破壞光速限制。

其他研究

科學家提出了一個有趣的猜想,通過振蕩曲速泡的強度來達到減少能量的目的。科學家已經在實驗室中開始嘗試設計迷你版的“曲速引擎”模型,并在約翰遜航天中心建立了一個曲翹場干涉儀,實際上這是一臺激光干涉儀,使得產生微域時空扭曲效應。相比較于一個真正的曲速引擎,如此般激光干涉儀似乎如同一個異常簡陋的實驗技術,但它代表了打造曲速引擎的第一步。物理學家理查德·奧伯塞認為倘若我們要成為一個真正的宇航文明,就需要大膽進行設想。

研究顯示,扭曲時空是有風險的。在超光速飛行中,與阿庫別瑞泡沫所含能量相反的粒子將在泡沫前方堆積,有些粒子甚至會進入到時空泡沫中,形成累積效應,時空泡沫飛行的距離越長,前方堆積的粒子就會越多。當載人飛船最終到達目的地開始減速時,一路上積累的大量能量會在瞬間全部釋放,足以毀掉任何與其接觸的東西。一直潛伏在時空泡沫中的粒子也可能會對飛船本身造成威脅。如果飛行器在路過小行星帶時掉出了時空泡沫,災難就會發生。同時,如果飛船在距離目標行星過近的地方減速,人們會在無意中把這顆行星從地圖上“抹去”

歷史沿革

在1994年,阿庫別瑞基于星際旅行中的曲速引擎的情節,提出創造一種波來改變空間的幾何形體的方法,這種波可以讓航天飛機前面的空間收縮,而太空船后面的空間擴張。這艘太空船于是可以在一個平坦的空間中乘著波移動,這被稱為“曲速泡”(warp bubble)。太空船在泡泡中本身不會移動,而是整個泡泡移動時會帶著太空船前進。一開始這種裝置被認為會消耗太多負能量,直到Harold Sonny White提出可以把曲速泡改成曲速環(warp ring)來減少能量需求。

參考資料 >

曲速引擎”可驅動宇宙飛船以10倍光速旅行.騰訊科技.2012-09-19

理論上超光速飛船無法著陸 會產生大爆炸.騰訊科技.2012-09-19

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