揭秘曲速引擎：突破光速极限的星际旅行技术
揭秘曲速引擎：突破光速极限的星际旅行技术
曲速引擎是科幻作品中常见的概念，它通过扭曲时空来实现超光速飞行。虽然这一技术目前仍处于理论阶段，但科学家们一直在为此努力。本文将为您详细介绍曲速引擎的工作原理、技术难点以及研究现状。
曲速引擎的概念图
曲速引擎是什么？
曲速引擎通常被定义为一种可以让星际飞船达到或超过光速的引擎。然而，根据相对论的理论，光速是一个不可逾越的上限，即任何物体都不能以超过光速的速度移动。因此，如果曲速引擎真的存在，那么它就违反了相对论的基本原理。
在科幻作品中，曲速引擎被解释为一种通过扭曲时空的方式来提高飞船的速度的技术。这种技术通常被称为“曲率驱动”，它利用一种特殊的能量来扭曲周围的时空，从而缩短物体移动的距离，达到超光速的目的。这种能量通常被称为“负能量”或“反重力”，它能够扭曲周围的时空，使得星际飞船在时空里的移动距离缩短。
可以将曲速引擎的原理比作一张弹性的橡皮筋，当你在橡皮筋上产生一个扭曲时，橡皮筋的形状就会发生变化。而橡皮筋上的两个点之间的距离也会缩短，就像弯曲一张纸一样。同样地，曲速引擎也可以扭曲周围的时空，使得星际飞船在时空中的移动距离缩短，从而达到超光速飞行的效果。
例如，在曲度时空中，两点之间的距离可以被缩短，就像弯曲一张纸一样。这样一来，飞船达到超光速的同时，同时也能避免撞上宇宙中的物体。另外，曲速引擎还可以利用宇宙中的一些天体现象，如虫洞、黑洞等，来实现超光速飞行。比如，利用虫洞可以将飞船从一个点直接传送到另一个点。
虫洞示意图
超光速飞行突破极限
事实上，曲速引擎中的超光速概念可能和我们想象的有所不同。在我们的认知当中，所谓的超光速是指宇宙飞船不断加速，最终超越光速的上限。但问题在于，这个飞船需要无穷大的能量，人类目前的能源将会在一瞬间被消耗殆尽。
而曲速引擎中的超光速是指利用更短的时间，飞行出了更长的距离，根据距离和时间的比例计算，就可以称为超光速。举个很简单的例子，假如一艘光速宇宙飞船正常行驶100光年的距离需要100年。而在曲速引擎当中，经过空间折叠之后，同样是光速行驶的飞船，可能只需要50年甚至更短的时间。
曲速引擎飞行示意图
从整体的路程来看和时间来看，飞船一年走了2光年甚至更远的距离，它确实是超光速了。一方面，曲速引擎飞行的飞船“作弊”，减少了需要航行的路程，另一方面，在时间膨胀效应的作用下，时间的流逝速度也相对变慢。
时间膨胀效应是爱因斯坦的相对论提出的重要概念，指的是当物体以接近光速的速度移动时，时间会伸缩、流逝得更慢。在相对论中，光速是不变的基本物理常数。假设一个人站在地球上，另一个人在航天飞机上以超光速飞行，那么对于地球上的观察者来说，航天飞机上的人的时间流逝得更慢，相当于时间变慢。
时间膨胀效应示意图
这个现象的原理在于，当物体接近光速移动时，其质量也会变得更重。根据相对论的理论，质量越大的物体，越难以加速到更高的速度。这也就是说，当航天飞机以超光速飞行时，航天飞机上的人所处的时空是扭曲的，相对于地球上的观察者，航天飞机上的时间流逝得更慢。更慢的时间流逝使得人类即使只有100年的寿命，也拥有探索偌大宇宙的可能。这也是为什么说，如果曲速引擎为真，那么人类就可以实现星际旅行的原因。
曲速引擎技术
从理论上来讲，想要实现曲速引擎技术，需要很多技术前提做支撑。比如，负能量技术，曲速引擎本身就需要巨大的能量支撑，其中粒子加速器技术、反物质技术、离子引擎技术等是负能量技术的关键技术。粒子加速器内部结构
因此，科学家需要在这些技术方面进行深入研究，提高曲速引擎的能量转化效率和能源密度。但这也有一个很大的问题，1994年物理学家米盖尔・阿尔库比雷就曾想验证这项技术。经过严密的推算和研究发现，想要维持曲速引擎的时空弯曲所需的能量超过了目前宇宙的总能量。这是什么意思呢？简单来说，就算把千亿个太阳的能量全部利用起来，也无法达到时空弯曲的效果。
太阳无时无刻不在散发着能量
这个时候就需要反物质技术，但问题是我们的宇宙中似乎没有负能量。这就陷入到了一个死循环，想要完成曲速引擎技术，就必须要负能量，想要负能量就必须超脱目前的宇宙，想要超脱目前的宇宙就需要曲速引擎技术。当然，未来的事情谁也不好说，目前人类对宇宙的未知都只不过是冰山一角，万一在未来找到了负能量的替代能源了呢？所以，这方面我们不能说得太过绝对。
同样的，曲速引擎技术还需要超高速的计算机进行控制，这种计算机必须承担更加复杂的严密的算法，至少普通的量子计算机很难做到。超高速计算机
对于弯曲时空飞行的飞船材料选取，也是需要考虑的问题。在理论上，经过弯曲的时空含有大量的辐射，比核辐射还可怕，同时当中不免会产生高温高压等环境，这对于飞船的材料和建造技术来说都是不小的挑战。曲速引擎飞行需要对物理环境有更深入地了解和掌控能力。因此需要空间力学技术的支撑，例如在上天空间站中实行微重力环境下的工程、控制、生命科学实验等，加强空间技术在物理学、生物学、材料学等领域方面的应用研究。
总之，曲速引擎技术纷繁复杂，想要实现并非难事，至少不断有科学家在努力。
科学家的努力
2014年，美国宇航局机械工程师怀特就设计出了一种能够实现星际穿越的宇宙飞船。
怀特设计的星际穿越飞船概念图
这两个巨型环则负责制造出曲速气泡
当然，这仅仅是概念图，想要实现目前肯定是做不到的。但是这却给予了人类走出太阳系或者是银河系的希望，因为在概念当中，一旦飞船研发成功，仅仅2个周的时间，就能走出奥尔特云来到4亿光年之外的半人马座α星。
2015年，美国宇航局就曲速引擎的概念进行了研究工作，并对相关动力开展了测试。只可惜未能有一个很好的结果，因为在过程当中科学家发现，他们所推理出的动力装置系统违反了动量守恒原则以及诸多物理学原理。
人类对于太空探索还有很长的路要走，没关系，至少我们在路上。