什么是曲速引擎？若能实现，将打破光速极限，实现星际旅行

前言

信赖很多人都看过闻名的科幻电影《星际迷航》。在《星际迷航》人类和外星人以及众多外星种族战胜疾病、偏执狂和战争的过程中，影片蕴含着人文关怀。

同样，影片中的一些无限想象和硬核科幻元素也让人欲罢不能。最让人印象深刻也最让人慵懒的，无疑是片中那艘可以穿梭于不同星系的飞船。

影片的背景是21世纪中叶爆发了第三次世界大战，这场战争几乎毁灭了地球上所有的人。战后十多年，人类终于成功完成了首次突破光速壁垒的试飞。

这种飞行在影片中被称为曲率推进。人类从此进进了曲速时代。

在影片中，经常可以听到柯克船长大喊“进进曲速飞行”，之后星舰瞬间穿梭于群星之上。主人公和伙伴们利用这项技术进行星际旅行，为宇宙带来爱与和平。

现实中有相应的科学概念吗？

在电影中实现星际旅行的概念也启发了当代科学家。依据影片中的理论，科学家们理解并提出了一种推进系统，可以让飞机飞得比光速还快。

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它就是我们这篇文章的主角——曲速引擎。有了这个，光速的极限就可以被打破，星际旅行不再是梦想。

什么是曲速引擎

要阐明曲速引擎，就不能漠视电影《星际迷航》。这个词源于科幻作品，可以说是科幻作品回回科学共同体的典型案例。

曲速引擎一词最早来自美国作家约翰·W·坎贝尔的科幻小说《太空岛》。然后《星际迷航》引用了小说中的概念。

得益于《星际迷航》的走红，全世界的科幻迷都熟悉了“曲速引擎”这个词。在电影中，它主要是一种能让你超光速旅行的装置。

电影中的曲速引擎是如何让星舰飞行的速度超过光速的？

在《星际迷航》中，能够以曲速引擎进行超音速推进的飞船的主要部分是“引力场位移流形”，在影片中被称为“曲速核心”，即曲速引擎。这种称为曲速核心的动力装置通过虚构的物品“双锂晶体”掌握物质与反物质之间的接触，从而使两者毁灭。

当物质和反物质被破坏时，它们将转化为浩大的负能量。这种能量将推动宇宙飞船。.

可能有人会迷惘：超光速运动不会改变物体的空间和实践吗？宇宙飞船怎么能飞得比光还快？

其实是的。电影中的黑科技引擎，并不是让飞船飞得比光速还快，而是扭曲了飞船四周的时空，扭曲了空间的高度，打开了时空通道，飞船飞了过往它。比如这个过程相当于在两地之间压了一条传送带，人沿着这条传送带跑到目的地。

虽然极限速度还是和之前一样，但是人在传送带上的这个空间里移动。

曲速航行就是如此，相当于让飞船四周的空间发生了高度扭曲，而不是飞船本身的速度达到了光速。在远处的人看来，飞船正以超光速航行。事实上，以飞船还未启动的空间为参照系，飞船此时的局部速度并没有超过光速。这是一种比光还快的性能。

你可能会问，虽然这个说法可以阐明飞船的超光速飞行并没有违反狭义相对论，但是它扭曲了空间高度，扩展了时空维度吗？

电影中的想象是这样的——通过曲速技术，人工制造正常的时空“泡泡”——在航行的飞船四周加上“扭曲的泡泡”。

当飞船以超音速行驶时，这些“气泡”可以保护这些飞船在这个维度正常航行——依据爱因斯坦的相对论，光速保持不变，物体越接近光速，它的空间和时间必须做出相应的调整。

这些正常的时空“泡泡”恰好是用来稳定飞船自身的时空维度，让飞船在超音速飞行时不会改变时空维度，保护飞船到达前的时空。宇宙飞船启动。

概念变为现实

前面说到，科学家是因为受到电影《星际迷航》的影响，才提出了“曲速引擎”的概念。1994年，在《星际迷航》的影响下，墨西哥物理学家阿尔库别里想到了一种奇幻的驱动引擎——曲速引擎，又称阿尔库别里引擎。

《星际迷航》的人一直在谈论曲速引擎，一个使空间变形的概念。我们已经有了关于空间如何弯曲和不弯曲的理论，这就是广义相对论。我认为应该有一种方法可以使用这些概念来阐明曲速驱动器的工作原理。

Alcubierri引擎服从广义相对论中的爱因斯坦方程，在这个范畴下建立了一个特殊的时间度量。

Alcubieri的理论提出以波浪方式扩展空间，导致飞机前方空间收缩，后方空间扭曲。

连接前后的空间决定了飞行器的飞行方向，空间扭曲带动飞行器前进。Alcubierry发动机为飞行器在区间内飞行提供动能，在太空中推动飞行器，最终让飞行器在该区间内以超光速的形式飞行。

我的推测是，飞船里的人可能会看到和《星际迷航》非常相似的一幕。飞船前，星星变成了长线。在飞船后面，他们什么也看不见——只有黑暗——因为星光移动的速度不够快，赶不上飞船。

要在这个空间飞行，飞行器会受到很大的潮汐力。为了解决这个问题，阿库别里使用了卡西米尔效应——即用负能量填充这个空间。

也就是说，阿库比瑞引擎需要一种希奇的能量来驱动，那是一种以光速流动的负压能量，与我们所熟悉的能量性质完全不同。这种能量仍然存在于妄想和理论中，最闻名的是卡西米尔能量。

曲速引擎真的有用吗？

或许看过上面关于曲速引擎的介绍，你已经对它产生了兴致——因为这个诞生于科幻作品中的装置，已经被当代科学家从理论上进行了总结。

那么，我们是否也能像电影一样在太空中自由穿梭呢？

遗憾的是，以人类目前的科技水平，我们还不能随意穿梭于星际之间。

首先，我们无法意识到两地之间高度扭曲的时空。我们现在的技术连手机通道都打不开，更别说后续了。

宇宙中会有现成的手机频道吗？

早在1930年，爱因斯坦就已经得出了这个结论。

依据他的广义相对论的引力场方程可以计算出，在宇宙中，会有一条通道连接两个远远的时空。这就是爱因斯坦桥，也可以喊做虫洞。

依据爱因斯坦的广义相对论，通过公式计算，我们可以知道：用数学概念来说，一定有一个穿越时空的移动通道，那就是虫洞。

爱因斯坦之后，一些科学家一直在研究它。因引力波项目获得诺贝尔奖的杰出物理学家基普索恩从理论上探讨了虫洞的存在。

遗憾的是，虽然虫洞在理论上确实存在，但我们人类连一条虫洞的看测笔录都没有。与电影中的形象不同，按照目前关于虫洞的理论，虫洞应该存在于微看世界，它们消失和出现的时间都很短。而且，按照理论，这些旁看者尺度的虫洞非常小，只能通过粒子，对人类穿越星际毫无扶助。

不仅如此，阿尔库别里的理论在现实中也很难实现。虽然Alcubieri的理论在数学上是合理的，但它的计算可能没有物理意义。

Alcubierui引擎需要外来物质来产生负能量才能运行。

电影中有一种物质“双锂晶体”，它掌握着物质与反物质的接触和湮灭，并将其转化为大量的负能量。但这种希奇的物质在现实中是找不到的，它只是阿尔库别里想象出来的东西。所以，假如这种外来物质不存在，就无法建造曲速引擎。虽然阿尔库别里声称两块板块之间产生的卡西米安真空可以称心曲速引擎对负能量的需求，但依据理论计算，要在产生的扭曲空间中移动，至少需要将时空打开一点点。

在光年的空间里，飞行器不会被时空产生的潮汐力击碎，而这需要6倍宇宙的暗物质，这对人类来说根本不可能。

目前的航天发展

虽然星际旅行还不能实现，但我们的航天发展已经取得了浩大的突破。航海者一号飞出传统太阳系边界，在冥王星四周发现了浩大的奥尔特星云，开阔了人类视野，刷新了人类对宇宙的熟悉。

不仅是探测飞行，载人火箭也是人发明的。1969年，人类用自己的脚站在月球上。

而我国在航天领域也迈出了坚实的一步。2020年11月24日，嫦娥五号发射成功。12月1日，时隔6天，嫦娥五号成功登月。月亮上第一次竖起了鲜艳的五星红旗。嫦娥五号还带回了月球土壤样本。这个样本对我们研究浩瀚宇宙具有重要意义。

同年，我国在卫星导航系统的研究上也取得了突破。

在西昌，北斗卫星导航系统第五十五颗卫星搭载长征三号运载火箭升空。卫星的发射使我国的卫星导航系统更加完美。现在的卫星导航系统已经可以实现覆盖全球的高精度定位，让你无论走到哪里都不会迷路。

总结

自古以来，人类就对地球之外的浩瀚宇宙布满了妄想。嫦娥奔月，天狗日蚀。古人用笨拙的语言，对奇异的自然现象一一阐明。但是现在，我们拼命发展航天事业。通过对宇宙的看察，我们看到了自己的无知，也了解到了宇宙中存在的许多神异物质。

“做物理的时候，一定要保持开放的心态。”

今天，我们很难像电影中那样穿梭于星空之间，但想象力可以超越物理定律，穿梭于宇宙之间。几百年前的古人无法想象我们可以乘坐火箭在太空中旅行。

因此，我们要做的，就是保持一颗对宇宙的神往之心，不断深进研究，总有一天，我们可以揭开宇宙的秘密。我们也可以乘坐宇宙飞船在星际间旅行。