超光速与曲速引擎.doc

NASA研究可扭曲空间的曲速引擎 10倍光速星际旅行 宇宙中，离我们地球最近的恒星系统是半人马阿尔法星系（Alpha Centauri），距离为4.4光年。如果按照Voyager-1（旅行者1号）宇宙飞船62136km/h的速度行进，抵达半人马阿尔法星系需要6.7万年，这对人类而言是个过于漫长的时间。虽然还存在许多不同的推进系统，比如离子推动器（ion drives），不过没有一个能够真正接近光速，并将星际旅行的时间缩短。 　　去年下半年，NASA组建了一支致力于曲速引擎（warp drive，也有译作翘曲引擎）技术研究的小型团队（没错，这不是科幻片，NASA真的打算玩扭曲时空）。这种曲速引擎如果可以实现，就能够真正令星际旅行的速度达到和超过光速，让人们完成许多过去无法完成的太空探索。 　　实际上早在1994年，墨西哥物理学家Miguel Alcubierre就提出了曲率驱动的概念，而由Harold “Sonny” White领导的这支队伍则尝试对Alcubierre曲速引擎进行一些改进，当然产出引擎实物的前提是人类能够解决如何制造与存储反物质的问题。 White及其团队目前正在做的研究是探讨这种曲速引擎实现的其他问题，比如说推动所需能量、采用曲速引擎的飞船应该长什么样子，以及以曲速推进时会发生怎样的情况。在接受媒体采访时，Sonny White解释了超光速旅行的可能性：“你以每小时3英里的速度步行前进。然后踏上机场的传送带，此时你仍保持每小时3英里的步行速度，那么实际前进的距离就远比不在传送带时多。”在解释以曲速做星际旅行是怎样的感觉时，White说，“出发时就会有一个初速度，就像是在看影片快进一样。” 在相对论中，运动速度和物体的其它性质，如质量甚至它所在参考系的时间流逝等，密切相关，速度低于（真空中）光速的物体如果要加速达到光速，其质量会增长到无穷大因而需要无穷大的能量，而且它所感受到的时间流逝甚至会停止（如果超过光速则会出现“时间倒流”），所以理论上来说达到或超过光速是不可能的（至于光子，那是因为它们本身质量为零）。但也因此使得物理学家（以及普通大众）对于一些“看似”超光速的物理现象特别感兴趣。但是在介质中，物体的运动速度超过介质中的光速则是可能的。因为光速在介质中会下降。这种情况下会产生一些特别的现象。假使物体带电，则会发出蓝色光为主的切连科夫辐射。然而上述相对论的说法遭到了最近欧洲中微子实验的冲击，有可能这个理论被突破，超光速的传播还是有可能的，如果真是这样，时间倒流这些理论就会被修改 2011年9月22日，意大利物理学家在OPERA实验中发现了一种超光速的中微子，如果实验数据确凿无误，爱因斯坦的相对论将会受到挑战[4][5][6]。OPERA的此次实验由位于意大利中部山区的格兰萨索国家实验室（LNGS）与位于瑞士日内瓦的欧洲核子研究组织(CERN)合作进行，实验结果基于对16,111次中微子测量事件的观察, 标示出了中微子的旅行速度以40322.58分之一超出光速, 为现实中宇宙速度的极限。考虑到这是一个潜在的影响深远的结果，在结论被驳斥或坚实建立之前，还需要更多独立而无关的测量[3]。但是该实验最终错误，是测量人员的技术失误。于2012年6月8日世界公布实验错误。 　　先前Miguel Alcubierre所提出采用曲速引擎的宇宙飞船，是一个采用塔桥连接周围环状结构的球形航天器，“想象一个橄榄球，周围围绕着环状结构，整个系统和工作人员就在橄榄球中，而环状结构由外来物质构成”，这里所谓的外来物质即是飞船的能量源，其实现方式就目前的研究来看，人类对其仍知之甚少。 　　这种设计能让飞船周围的时空扭曲，飞船前的空间收缩，飞船后的空间扩张，而飞船本身位于一个没有被弯曲的时空组成的扭曲时空泡（warp bubble）中。时空泡带着飞船以10倍光速穿梭于时空间。从已有的宇宙观察研究来看，这种时空的变形是可能的，不过在理论跨往哪怕实验室的实现过程中都有着很多的问题。 　　Alcubierre曲速引擎的问题有很多，比如说人能否在这样的气泡中存活，不过其中最需要解决的问题是达到光速所需的能量。在Alcubierre的原始设计中，这种曲速引擎所需的最小能量就约等于木星的质能。去年，Sonny White为了解决这一问题，就对Alcubierre的设计进行了改进，包括将圆环结构从扁圆改为形似甜甜圈的正圆，令所需能量下降到可由相当于700kg旅行者1号的质能推动的程度。 不过，现在就考虑这种曲速引擎要真正投入实际使用还为时过早，NASA的这支研究队伍虽然有了概念上的论证步骤，以期了解Alcubierre曲速引擎是否可运转起来，但微小的曲速泡却与现实中的原型设备几乎没有关系，而且要找到用于环形结构的“外来物质”就是个不可知的问题。所以期待