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几十年来,我们一直梦想着访问其他恒星系统。只有一个问题——它们离得很远,传统的太空飞行需要数万年的时间才能到达最近的恒星。
不过,物理学家并不是那种轻易放弃的人。给他们一个不可能的梦想,他们会给你一个令人难以置信的,假设的方式,使它成为现实。
德国哥廷根大学物理学家埃里克·伦茨(Erik Lentz)的一项新研究表明,我们可能有一个解决这一困境的可行方案,而且这个方案可能比其他可能的曲速引擎更可行。
这是一个吸引大量聪明想法的领域,每个领域都提供了解决比光速快的旅行难题的不同方法:实现以超发光速度在太空中发送东西的方法。
图注:毗邻星(距离太阳最近的已知恒星)的假设旅行时间。
但是,此概念存在一些问题。在传统物理学中,按照阿尔伯特·爱因斯坦的相对论,没有达到或超过光速的真正方法,这是我们以光年为单位进行测量所需要的。
不过,这并没有阻止物理学家们试图突破这个宇宙速度极限。
虽然推动物质超过光速将永远是一个很大的不,时空本身没有这样的规则。事实上,宇宙的遥远地带已经膨胀得比它的光所希望的要快。
为了以类似的方式扭曲一个小的空间气泡,为了传输目的,我们需要解决相对论的方程,以创建一个低于空间空虚的能量密度。虽然这种负能量发生在量子尺度上,但以"负质量"的形式积聚足够的能量仍然是奇异物理学的一个领域。
除了促进其他类型的抽象的可能性,如虫洞和时间旅行,负能量还可以帮助驱动所谓的Alcubierre曲速引擎。
这个推测性的概念将利用负能量原理来扭曲一个假想的航天器周围的空间,使它能够有效地以比光速更快的速度飞行而不挑战传统的物理定律,除了上面解释的原因之外,我们不能希望从一开始就提供这样一个梦幻般的燃料源。
但是,如果有可能以某种方式实现比光速更快的旅行,使人们相信爱因斯坦的相对论,而不需要任何物理学家从未见过的奇异物理呢?
“扭曲泡泡”中不同航天器设计的艺术印象。
在这项新的研究中,伦茨提出了这样一种方法,我们也许能够做到这一点,这要归功于他所说的一类新的超快孤子——一种在以恒定速度移动时保持其形状和能量的波(在这种情况下,速度比光快)。
根据伦茨的理论计算,这些超快孤子解可以存在于广义相对论中,并且完全来自正能量密度,这意味着不需要考虑尚未被证实的奇异负能量密度源。
有了足够的能量,这些孤子的结构可以起到“扭曲气泡”的作用,能够超光速运动,理论上使物体能够穿越时空,同时免受极端潮汐力的影响。
这是一个令人印象深刻的理论体系,虽然所需的能量意味着这个曲速引擎目前只是一个假设的可能性。
“以光速环绕半径为100米的航天器飞行所需的能量大约是木星质量的数百倍。”伦茨说,“在现代核裂变反应堆的范围内,需要大幅节省大约30个数量级的能源。”
虽然伦茨的研究声称是第一个已知的同类解决方案,但他的论文几乎与本月刚刚发表的另一份最新分析报告完全一致,该报告还提出了一种物理上可能的曲速引擎的替代模型,该模型不需要负能量来工作。
伦茨说,两个小组现在都在联系,研究人员打算进一步分享他的数据,以便其他科学家可以探究他所提供的数据。
仍然有很多谜团需要解决,但这些想法的自由流动仍然是我们有机会参观那些遥远的、闪烁的恒星的最大希望。
“这项工作使超光速旅行的问题从基础物理学的理论研究向工程研究迈进了一步,”伦茨说,“下一步是想办法把天文数字所需的能量降到今天的技术范围内,比如大型现代核裂变发电厂。然后我们可以讨论建立第一个原型。”
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