扭曲的动力:从科幻小说到科学事实?

不久之前,我们不得不假设我们永远都不可能比光速行进。 这是基于科学家的明智信念,即我们可以穿越太空,但不能改变太空本身的本质。 然后,“经纱驱动器”的概念提出来,并似乎改变了爱因斯坦理论所确定的所有障碍。 Warp Drive的目的是挤压和拉伸空间-首先是一项雄心勃勃的任务。 因此,也许是时候再次来看看我们已经走了多远,或者离我们看到人类构建的真正变形驱动器有多近。

1994年5月,理论物理学家Miguel Alcubierre最终在名为《古典与量子引力》的科学杂志上提出了他的“经向驱动:广义相对论中的超快旅行”的建议。

他的确受到了《星际迷航》及其创作者吉恩·罗登贝里(Gene Roddenberry)的启发,他以“经线驱动器”的名字创造了著名的名字,解释了飞船企业的莫名其妙的推进力,因为巨大的速度才是使他的虚构太空旅行者从一个星球飞向另一个星球的必要条件他们的跋涉。

直到1994年,才出现关于扭曲空间和时间的概念的深入科学论文(源自电视连续剧或Roddenberry本人的思想)。 多亏了《星际迷航》启发的Warp Drive的“ Alcubierre方法”,它才逐渐接近现实。

您无需成为爱因斯坦即可了解他的广义相对论限制了我们宇宙中物体的物理速度。 我们知道的唯一限制是光速,因为任何接近该速度的物体都会变得越来越重且越来越重。 要进一步加速它,需要花费成倍的力量。 如果有任何物体能够使其达到光速,它将变得无限沉重-这是不可能的。

那么,不穿越空间而不是移动空间本身会更方便吗? 是的,所以提案问,如果我们能在我们面前腾出空间,那么空间中的所有东西都会来到我们面前呢? 如果这听起来太复杂或完全荒谬,这是形象化此概念的好方法。

您可能是机场的自动人行道。 现在想象您静止不动,但传送带正在移动。 好像您后面的皮带区域正在扩大,而您前面的区域正在收缩,因此随着您的前进和下移而消失。 看来Miguel Alcubierre找到了一种理论方法,可以将空间简单地转变为移动的人行道。

现在让我们进入具有这种能力的航天器内部。 是的,我们的航天器必须存在于不受周围空间变形影响的稳定空间中。 这个稳定的区域称为平坦空间,它将被气泡包围,气泡会以特殊方式扭曲或扭曲该空间的边缘。 因此,在稳定的移动空间后面,新的空间正在扩展和创建,而在前面的空间正在缩小并被消灭。 这个过程只需要影响航天器后面和前面的空间即可工作。

乘员的G-Force甚至时间扩展如何? 因为稳定的空间区域正在移动,而不是相对于该空间的旅行者在移动,所以他们会体验到方便的拉链 G力。 而且,由于它们在该平坦空间内保持静止,因此不会产生相对论的影响,例如时间变慢。 他们的手表上的时间将与任务控制处的时间相同。 令人惊讶的是,这些效果,或者更好的是缺少效果,与《星际迷航》电视连续剧和电影的效果非常相似。

对于这种新的推进系统来说,这似乎是双赢的局面,但真正的问题是,我们如何在地面或太空中产生这种扭曲场?

通常,有必要使用物质扭曲空间。 这种翘曲称为引力场。 因此,要使Alcubierre的想法变为现实,似乎只有一个微型黑洞会起作用。 即使到那时,仍不清楚如何产生这种经向气泡的特定形状。 在他的建议中,阿尔库比雷确定扭曲空间的区域需要负能量密度,并且某种形式的外来物质可能产生这种能量密度。 问题在于,所需外来物质的数量将是木星的大小。

此外,在我们飞船的路径上还有灰尘和其他微粒的轻微问题。 请记住,扭曲场会挤压它遇到的空间而已,其中包括该空间中的任何东西。 原子核将经受巨大的压缩力并产生类似于大爆炸早期的等离子体。 这个奇妙理论的实际应用似乎还很遥远。

关于人类想象力的妙处在于拒绝投降。 一个可能的解决方案来自一个非常熟悉的来源。

NASA的哈罗德·怀特(Harold White)引起了众多观众的注意,并将他们吸引到他的星际旅行世界中。 在《赫芬顿邮报》英国YouTube频道上的视频中,他谈到了克服与Warp Drive相关的问题

自2010年以来,他在NASA约翰逊航天中心的工作包括调查Warp Drive推进力。 他研究了阿尔库比雷(Alcubierre)的想法,即容器周围有一个环,该环会产生所需的负能量密度。 通过研究扭曲方程,他发现通过改变环的拓扑结构,他可以将所需的奇特物质的数量减少到相当于旅行者1号航天器的数量。 所要做的就是使薄环更厚,更甜甜圈形。

没有人知道阿尔库比尔的异国情调。 但是,怀特正在与利用卡西米尔效应的Q-Thrusters合作。 产生负能量密度的效应。

为了产生这种效果,可以将两个金属板紧密地放置在一起,以至于没有足够的空间容纳虚拟粒子的波长以适合内部。 量子理论预测虚拟粒子将在空间真空中不断出现和消失。 由于这些虚拟粒子只能存在于板的外部,因此存在不平衡,从而在板上产生了外部压力。 自1990年代以来,已经成功测量了这种力量。 怀特(White)正在考虑将这种负能量密度场用于他的Warp Drive。

根据宇宙学家的说法,我们的宇宙本身已经实现了光速旅行。 他们估计宇宙的直径约为920亿光年,但它的年龄只有13到140亿年。 这表明宇宙正以其光速的七倍在其相反的末端膨胀。 这表明空间的结构可以以极大的速度扩展。 尽管在局部或银河级别,但这种影响很小,因为一切都在一起移动。

因此,我们永远不会看到可行的经纱驱动器。 哈罗德·怀特(Harold White)认为,现在至少是合理的。 这个概念已经从科幻小说稳步发展为科学事实。 恰如其分地,在Warp Drive的持续发展中,科幻小说与科学事实之间的联系已证明是非凡的。