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超越宇宙速度极限（光速）行进，它打破了现代物理学的基础

执着于翘曲飞行的科学家
对于我们大多数人来说 ， 移动速度超过宇宙速度极限（光速）是科幻小说中的一种幻想 ， 它打破了现代物理学的基础 。 但是在阿拉巴马州亨茨维尔大学的一个工程本科生的名字叫约瑟夫·阿格纽夫的看来 ， 这是一个值得研究的理论 。
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这个想法最初是艾格纽（Agnew）在中学时提出的 ， 那时的他迷恋在《星际迷航》中看到的翘曲飞行 。 他说：“我想到了其中假定的某些技术 ， 并想知道这背后的科学依据是什么 。 ”
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Agnew不仅仅是只爱空想的星际迷 。 2019年9月 ， 他在航空工程会议上发表了关于该主题的演讲 。 报道称Agnew的听众为“十分拥挤” ， 该活动引起了媒体的广泛关注 。
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一篇科幻小说竟然出现在了学术会议上 ， 这似乎很不寻常 ， 但是Agnew并不是唯一一个对它感兴趣的人 。 他希望成为认真研究翘曲飞行超过20年的几十位工程师和理论物理学家中的一员 。 但是 ， 与Agnew不同 ， 大多数科学家认为翘曲飞行只是一个思想实验 ， 尽管它可以教给我们很多东西 。
“从技术上讲 ， 这是合理的 ， 但是几乎每个层面都存在一些问题 。 ”
里斯本大学高级技术学院的数学家和理论物理学家JoseNatarió说：“它可以被看作是一个高度推测性的概念 ， 能有趣地阐明有关广义相对论的某些观点 ， 但完全不切实际 。 ”
贝勒大学（BaylorUniversity）的理论物理学家杰拉德·克莱弗（GeraldCleaver）说：“从技术上讲 ， 这是合理的 ， 但是几乎每个层面上都存在一些问题 。 ”
翘曲飞行研究领域还不到30年 。 1994年 ， 威尔士卡迪夫大学（CardiffUniversity）的物理学家米格尔·阿尔库比埃尔（MiguelAlcubierre）提出了一个值得注意的点：它并未违背任何有关太空的科学理论解释说 。
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Alcubierre的翘曲飞行理论不是通过物体使他比光速快得到 ， 而是他的翘曲驱动器产生一个气泡（其实是个翘曲空间）：边在前面压缩 ， 边再后面拉伸它 。 如果你的宇宙飞船在这个气泡中运动 ， 那么你仍然比光速慢 ， 不过运动距离已经大大减少 ， 就像在时空波峰上运动 。
Alcubierre在他的原创论文中写道：“这种基于时空局部扭曲的推进机制应该被冠以科幻小说中常见的‘翘曲飞行’” 。 自然而然的这个名字变得很流行 。
“它可以被看作是一个具有高度猜测性的概念 ， 能有趣地阐明有关广义相对论的某些观点 ， 但完全不切实际 。 ”
但是 ， 要使Alcubierre的数学观点可行 ， 翘曲空间需要具有负能量 。 换句话说 ， 小于理想真空中存在的初始能量 。 听起来很奇怪 ， 但并非不可能 。 为了获得这种负能量 ， Alcubierre的曲速驱动理论引用了物理学家所说的奇异物质——一种具有负质量的物质 。
如果你在地球上遇到负质量的外来物质 ， 它会非常奇特 。 怎么看都感觉违背常理 。 例如 ， 如果你把一个带有负质量的球踢开 ， 它实际上会飞向你 ， 地球的引力会把它推到太空中 ， 而不是把它和地面绑在一起 。
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尽管负质量的外来物质目前仅存在于假设的范围内 ， 这并没有打击到Alcubierre 。 他说 ， “确实有一些理论表明外来物质可能存在 。 ”
西班牙格拉纳达安达卢西亚天体物理研究所的重力研究员卡洛斯·巴塞洛（CarlosBarceló）表示赞同 。 “外来物质的存在只是一种假设 ， 但有一些理论情况表明 ， 外来物质有可能被制造出来 。 ”
Agnew引用了卡西米尔效应（Casimireffect） 。 想象一下 ， 在真空中 ， 两块中性的金属片几乎相距毫微米 ， 但并没有完全接触 。 波长不符合间隙的光子被切断 ， 从而减少了真空的能量这个间隙实际上具有负能量 。 Agnew并未指出如何使用卡西米尔效应来获取外来物质 ， 但他说这是一些未知力量发挥作用的潜在指标 。
无论如何 ， Alcubierre的原创论文说 ， 要支持仅100米宽的翘曲气泡的负能量 ， 你需要比整个宇宙的质量还大的外来物质 。 后来的计算将这个数字缩减到只有木星的质量 ， 但这仍然是一个惊人的数字 ， 至少没有人见过 ， 没有人知道 。
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不管怎样 ， 对于理论物理学家来说 ， Alcubierre的论文就像黑暗中的一盏明灯 。 在此后的25年里 ， 许多数学家 ， 工程师和物理学家反反复复围绕他的理论展开讨论 。
何塞·纳塔里奥(JoseNatario)就是这样一位物理学家 。 他表示：“(Alcubierre)做出的选择看上去很随意 ， 我想看看是否有更好的选择 。 ”
然后 ， 在2001年 ， 纳塔里奥（Natarió）指出Alcubierre的翘曲飞行只是一种可能性 ， 而且Alcubierre的拉伸和挤压空间也不是必需的 。 他设计出另一种模型：一个在空间中向前移动的翘曲气泡 ， 正如他所说 ， 就像鱼在水中畅游而不压缩或膨胀一样 。
但是纳塔里奥的想法不能解决Alcubierre关于负能量的部分 。 此外 ， 他的翘曲飞行还面临其他问题 ， 这些问题也阻碍了Alcubierre和翘曲飞行成为现实 。
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其中一个问题是 ， 光子从空间被压缩的翘曲气泡前端脱离时 ， 会发生蓝移；它们的波长更短 。
这意味着光子会获得能量 ， 但为了保持能量守恒 ， 光子会从已经有负能量的空间中吸走能量 ， 使整个气泡不稳定 。
Natarió说：“在我的论文中 ， 我证明了所有翘曲飞行都会出现这个问题 。 ”
Barceló说：“除非有人找到一种方法来解决这些不稳定因素 ， 否则翘曲飞行将在很短的时间内被摧毁 。 ”
Natarió强调了另一个问题 。 即使你成功地制造了一个带有负能量的翘曲气泡 ， 也没有已知的方法让它在太空中向前移动 ， 就像你无法在超音速飞机到达前听到它的声音一样 。
正如我们想象的那样 ， 这些问题使翘曲飞行变得不切实际 。 工科学生Agnew似乎认为这些问题是可以解决的 ， 并且翘曲飞行是可以完成的 。 他说：“我相信还有更多的探索机会 。 ”“肯定有希望的理由！”
理论物理学家对此不太同意 。
Cleaver认为今天创建一个翘曲飞行器“实在是不可能的” 。
“你不能让空间变形以便翘曲气泡可以向前移动 。 ”
Natarió：“不论是现在的技术还是未来的技术都无法制造翘曲驱动器 。 ”
Barceló：“建造这样的配置的可能性很低 。 ”
约瑟夫·阿格纽夫（JosephAgnew）认为 ， 要改变物理学家对翘曲飞行的看法 ， 需要一些实验性的、定量的、具有物理代表性的研究进展 。
例如 ， NASA的工程师们提出了用激光测量空间扭曲的实验 ， 但到目前为止 ， 还没有任何实验被证明是有用的 ， 克利弗认为这样的实验是有缺陷的 。
尽管如此 ， 即使翘曲驱动力仍然超出了工程师的承受能力 ， 但这并不意味着它们是宇宙的死胡同 。 在研究理论翘曲飞行时 ， 物理学家已经学到了很多有关相对论以及宇宙在极端情况下如何运作的知识 。
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Barceló：“我一直对光速无法被超越的原因感兴趣 。 ”对他来说 ， 研究翘曲飞行是一种探索物理学视野的方式 。
Cleaver说在翘曲驱动器和虫洞之间有很多连接 ， 虫洞是理论上连接时空中不同地方的隧道 。 就像Alcubierre的翘曲驱动器一样 ， 虫洞可以提供一种比光速还要快的穿越距离的方式 。 此外 ， 一些虫洞理论依靠负能量保持开放 。 这些链接是为何Cleaver将翘曲驱动器称为“一个非常有趣的想法”的重要原因 。
即使翘曲飞行仅是一个思想实验 ， 许多研究翘曲飞行的物理学家也和Agnew同一个地方汲取了灵感 。
正如Cleaver所说：“我认为我们都是《星际迷航》的粉丝 。 ”
作者:RahulRao
FY:margaret
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