曲速引擎 在时空波上冲浪
除非我们能规避狭义相对论和广义相对论的核心陈述,否则除了超光速旅行,我们似乎没有别的可能到达遥远的恒星系统。可是,没什么能比光速更快。
空间和时间的膨胀可以超过光速
这句表述的措辞其实应该更谨慎些:任何处于静止状态的东西都无法在有限的时间内加速到光速。不过,人们可以利用捷径到达太空中遥远的地方。我们是否还有其他方法将速度提高到与光速差不多的程度?
该问题还有个微妙之处:最大速度只适用于在太空中运动的物质,不适用于太空本身。举例来说,遥远的星系在以几百倍于光速的速度远离我们,但其实移动的并不是星系,而是我们和那些星系之间的宇宙,是宇宙膨胀得非常快。而宇宙没有最大的膨胀速度,至少据我们所知是这样的!
这启发了物理学家明戈·阿尔库贝利。20世纪末,他致力于寻找一种方法,利用膨胀和收缩的太空让飞船以超光速移动。不过,他后来承认,电视剧《星际迷航》也是一个重要的灵感来源。
而且他成功了。阿尔库贝利发现了超光速旅行的理论可能性:我们完全无须移动宇宙飞船,只要让它前方的空间收缩,让它后面的空间膨胀,就有可能将它从宇宙中的一个点移动到另一个点上。
阿尔库贝利提出的概念:一个真正的曲速引擎?
两部分空间之间的区域,即宇宙飞船所在的区域,被称为扭曲的时空泡。飞船在泡中完全处于静止状态,感觉不到任何方向的加速度。因此,宇航员在旅程中相当舒适,而他们的飞船则在宇宙中弯曲的时空波中冲浪。然而,扭曲的时空泡的表面之下存在着巨大的潮汐力,因此,试图穿越内外边界的一切人与物都会在瞬间被撕成碎片。
只可惜,太空旅行者将无法在旅途中欣赏到美景。扭曲的时空泡的内部和外部是彻底隔绝的。这意味着,我们不可能从气泡内部向外部发送光信号,从外部向内部发送也不行。宇宙的这两个区域被一道水平线隔开了,它类似于黑洞的视界。
那么,要怎样才能建造一艘带有曲速引擎的飞船呢?能不能像电视剧里一样,让飞船自己产生扭曲的时空泡呢?
又要说到奇异物质了!
好吧,你可能已经猜到了,想实现这点可不容易。扭曲的时空泡中,空间和时间的弯曲方式相当特别。这种曲率可不是随便什么普通物质就能造成的,而是需要大量的奇异物质,它们得具有负质量——具有负能量密度也能起到同样的作用。遗憾的是,虽然这具有理论上的可行性,但没人见到过任何奇异物质。
然而,人们可以利用一些量子效应降低真空太空中小片区域的能量。所谓的卡西米尔效应就是这样一种方法,原则上我们可以利用它来打造一个扭曲的时空泡。初步估算表明,要想产生一个可以纳入小型飞船的扭曲的时空泡,我们需要的能量恐怕比整个可见宇宙中的能量还要多。但这实际上可能是一个结构问题——已经有人提出,对需要能量更少的扭曲环和扭曲环面进行不同的组合排列就可以解决这个问题。
穿过宇宙的曲速旅行通道
但这还不是最大的问题:我们需要负能量以超光速在宇宙飞船前方传播,好让它弯曲空间和时间,使得宇宙飞船在它后方行驶。但奇异物质本身没有扭曲的时空泡,它必须以常规方法旅行。这种情况就像“要想制造一个阿尔库贝利引擎,你得先有一个阿尔库贝利引擎”。这个超光速旅行的打算就这样泡汤了?
才没有呢。事实证明,我们可以在旅行开始前,沿着宇宙飞船的行进路线把奇异物质布置好。不过,这样做还是有点违背了整个实践的目的。假设你决定去一个遥远的星系旅行,比如选择了大约900光年外的参宿七作为你的目的地。那么,为了建立从地球到参宿七的曲速旅行通道,你得开始用传统的旅行方式沿着通道放置奇异物质。所以,最后,你至少需要900年的时间(如果你的宇宙飞船速度不是超级快的话,你需要的时间就更长了)来建造一条曲速旅行通道。最后,你终于可以通过它驾驶另一艘飞船在短时间内从地球去往参宿七了——只是你需要提前相当长的时间进行规划准备。所以,或许我们可以在整个宇宙中建立一个由曲速旅行通道组成的网络。但是,如果没有事先建好曲速旅行通道,我们就无法随意去拜访某个地方。
而且,一旦踏上了旅途,我们就不能停下来,也不能掉头返回。大家务必记住,扭曲的时空泡内部与宇宙的其他地方是完全隔绝的。宇航员永远不可能改变路线,也不能在什么时候停下,因为在旅行期间,他们被完全困在气泡里了。
还有一点可能会导致利用阿尔库贝利引擎旅行不可行,或者说导致这样做非常危险。宇宙本身并非空空如也,它充满了气体、尘埃和辐射,尽管它们的密度可能极低。总之,一艘带有阿尔库贝利引擎的飞船在宇宙中旅行,沿途会有大量物质附着在船身上。既然气泡内部与外部完全隔绝,所以当飞船穿过一颗恒星时,这些附着的物质虽然不会成为飞船的问题,但肯定会成为恒星的麻烦!不过,所有附着的物质还是随着旅程一路聚集在飞船周围,直到飞船到达目的地为止。
在飞船即将到达最终目的地时,扭曲的时空泡会变得越来越弱,最终破裂,时空泡的内部将会和宇宙的其他地方再次接触。届时,星际物质将从几千光年压缩到只有几米宽的区域内。这片区域会因此变得格外炙热。我们还不清楚这时谁会感觉更痛苦:是带着足以在后方形成一颗小恒星的物质到达的飞船,还是当时在它飞行路线上的人?
有了曲速技术,“死在公路上的动物”可能真的会要了你的命!
这时有一种可能,所有的物质都会在一道极高的能量束中被释放出来,炸掉它背后的一切。如果是这样的话,你最好还是不要直接把目的地设置为自己想去的那颗星球,因为当你到达后,它极有可能从此消失了。
另一种可能是,物质会因自身重量而收缩——这取决于它在飞行过程中的压缩程度(而这取决于扭曲的时空泡的形状)。如果它在旅行过程中没有形成黑洞的话,那么它此时应该会形成一个黑洞,将飞船,可能还有目的地星球,从宇宙中吸走。
这一切都表明,就算曲速旅行有可能实现,它也是有风险的。截至2016年,也就是本书写成的时候,仍旧没人提出一个具有充分可行性的曲速引擎航行提案。

