在翘曲驅動被提出 30 年後我們仍然不能使这个數學起作用

By Paul Sutter

 published 16 hours ago

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要建造一個翘曲驅動器，我們应该需要比宇宙中所有正能量更多10 倍的負能量。

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這種翘曲驅動是一個理論概念，在那里一艘航天器通過收縮它前面的空間（紅色）和擴展它後面的空間（藍色）比光速更快旅行。  (Image credit: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

1994 年，墨西哥理論物理學家阿尔促别列 （Miguel Alcubierre ）決定来弄清楚是否来自他最喜歡的科幻節目的「翘曲驅動器」是可能的。令人驚訝的是他发现了一種使它可行的方法，但仍然不清楚是否它从来实际的起作用。

儘管不可能比光速更快旅行，但該限制仅应用到局部測量。来设法以這樣一種方式操纵空時以超光速運動是可取得的是可能的。例如宇宙的膨脹比光速更快驅散开星系，但因為每個星系都靜止处在它的局部太空块中，一切都很好。

阿尔促别列的想法是採用類似的技巧。他的翘曲驅動解決方案對廣義相對論採用一個完美平坦的空間區域。在那個氣泡前面是一個空間来以任何它想要的速度移動——甚至比光更快。令人驚訝的是泡泡的居住者不會感到任何诡异的。事實上從他們的角度他們毕竟不是正在移動。相反，他們的目的地只是來的更近。但有一個問題：要用這種精確幾何構建一个空時，我們必須采用負質量，這在宇宙中不出现来存在，並且會違反我們知道关于關於運動、動量和能量的一切。

即便我們知道在宇宙中沒有任何負質量，但有負能量。如果你拿兩塊金屬板把它們靠得非常近，它們裡面的量子場被限制;它們只能有某些被允許的波長上。這種限制被稱為卡西米爾效應，造成板塊和一个負能量區域之間一个吸引力。

不過，極少量的卡西米爾效應負能量不足以為一个翘曲驅動器提供動力——而且它可能無論如何不能算出。是否一个阿尔促别列翘曲驅動器被允許最終是一個量子引力的問題，这我們還沒有一个对它的解決方案。

與此同時，我們只能繞過邊緣，刺探翘曲驅動的各個方面并看在那個高度奇怪的引力環境中对量子場可能發生什麼。自從阿尔促别列最初發現以來的三十年裡，這個围着刺探的過程已经導致了关于翘曲驅動器性質的一些有趣的——有時是相互矛盾的——洞察。

例如，一組計算提示翘曲氣泡的邊緣上的那种跨越在內部点点和外部之間的邊界的量子場一旦你打開它基本上爆炸到無窮大，這將是......糟糕的。

但其他計算说這僅適用在有限案例中，如果你足夠慢提高翘曲引擎你将是很好的。

然而，更多的計算迴避所有這些，只观察你實際上需要多少負能量來構建你的翘曲驅動器。答案是對一個宏觀氣泡——比如 30 英尺（100 米）跨度——你会需要比整個宇宙中包含的所有正能量10 倍的負能量，這不是很承诺的。

還有其他計算表明，這個巨大的量僅应用到由阿尔促别列定義的傳統翘曲氣泡。也許来重新形成氣泡這樣前面有一個小的 「脖子」 做壓縮空間的工作，然後它膨脹出去到一個包絡中来包含这个翘曲氣泡是可能的。這最小化任何量子诡异性以便你只需值一顆恆星的負能量來形成驅動器。

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但甚至更多的計算表明，即便你掌握了一些負能量或負質量，一旦你開始移動你就會遇到問題——即，負質量會立即的開始以比光速更快（這真的很糟糕）的速度流出氣泡的邊緣（這很糟糕）。最終發生的是構成翘曲氣泡的异域物質不能保持跟上氣泡本身的步伐，因此它只是撕裂开它自己。

因此，儘管翘曲驅動器似乎難以置信，但最終判定是不確定的。但這仍然是一個有趣的思想實驗，允许我們来探索廣義相對論和量子力學之間一些有趣和令人驚訝的聯繫。當然它使我們的科幻節目观看起來更有趣——我們不必等待數百萬年讓我們最喜歡的宇宙飛船船員到達他们的目的地。