了不起的物理

64 曲率引擎:超光速旅行可能實現嗎?

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有很多科幻電影中都有一種飛行器,它可以進行超光速飛行,因為它們裝載了“曲率引擎”。這其實不是科幻作品的幻想,而是有理論依據的。這種引擎叫阿庫別瑞引擎,是一個名為阿庫別瑞的墨西哥物理學家在1994年提出的。

先來回顧一下哈勃定律,哈勃定律說,一個天體遠離我們的速度正比於它與我們的距離,這個比例叫作哈勃常數,大小是70km/s/Mpc。按照這個公式算一算,那些離我們非常遠的天體,比如幾十億、上百億光年以外的天體,會以超過光速的速度遠離我們,也就是宇宙的整體膨脹速度是超過光速的。但是根據愛因斯坦的狹義相對論,不是任何東西運動的速度都不能超過光速嗎?

這裏要明確,宇宙的膨脹並不能理解為天體的運動速度超過了光速,而是宇宙時空的膨脹速度超過了光速。愛因斯坦的相對論,說的是一個物體相對於觀察者來說的運動速度不能超過光速。宇宙時空的膨脹,應當理解為時空本身的膨脹。一個天體遠離我們,並不是它相對於我們在運動,而是時空本身在把這個天體運走。就好比一個膨脹的氣球,氣球上的點代表了天體,因為氣球的膨脹,天體看上去在遠離我們,但實際上,氣球上的每個點並沒有相對於它原來的位置有所運動。因此,此處並沒有違背狹義相對論。

有了這個認知,我們就能夠從原理上設計超光速的曲率飛船了。原理說起來也不難,讓飛船在它的前方製造一個收縮的時空。譬如,通過極高的能量密度,讓飛船前方的時空收縮,再用一定的手段讓飛船後方的時空膨脹。這樣的話,飛船就置身在了一個前方收縮、後方膨脹的時空區域當中。這樣,整個飛船以及它周圍的時空,都會因為前方的收縮和後方的膨脹往前挪動一個位置。這裏要注意,飛船相對它的空間並未發生移動,而是飛船連同周圍的空間整體向前挪動了一些。