1994年,物理学家米格尔·阿尔库别雷(Miguel Alcubierre)想知道超光速曲速驱动的虚构概念是否可以用广义相对论的真实物理学来描述。阿尔库别雷采用了爱因斯坦广义相对论的场方程,并用了一些相当不寻常的方法。通常,人们会采用一组质量和能量,它表示在方程右侧的能动张量T_μν,然后计算左侧相应的时空曲率。
但阿尔库别雷的计算过程则相反,他从一特定的几何结构开始,具体是一个扭曲的气泡时空,然后求解出实现它所需的相应质量和能量。他的解通常被称为阿尔库别雷驱动(曲速驱动),并引发了数十篇后续论文进一步研究这个主题。
尽管这令人兴奋,但并不意味着阿尔库别雷驱动实际上在物理上是合理的。因此,今天让我们来看看实现阿尔库别尔驱动的六个最突出的障碍,并对每个障碍的可行性进行一些思考。
问题一:能量和质量需求。针对该驱动器的第一个问题是它需要大量的能量。例如,在阿尔库别雷发表论文后不久,迈克尔·普芬宁(Michael J.Pfenning)和L.H.福特(L.H.Ford)也发表了一篇文章,他们估计所需的质量比可观测宇宙的质量大10个数量级。但在1999年,克里斯·范登布罗克 (Chris Van Den Broeck)稍微修改了曲速气泡的形状,将所需质量降低到只有三个太阳质量。
问题二:奇异物质。虽然我们刚才讨论了能源需求这一话题,但还有一个小问题,那就是我们需要的是负能量或负质量。这是阿尔库别雷的原始论文就认识到的问题,并且在理论上违反了广义相对论中的弱能量条件。弱能量条件规定,所有类时观察者必须看到正能量密度。
问题三:视界问题。在阿尔库别雷原始论文发表后不久,谢尔盖·克拉西科夫(S. V. Krasnikov)指出,其中的乘客将无法控制、驾驶或停止这个时空气泡,也无法以任何方式与外界互动。
问题四:辐射。视界问题会导致另一个问题,即辐射,布伦丹·麦克莫尼格尔(Brendan McMonigal)及其同事在2012年的一篇论文中对此进行了探讨。
问题五:先有鸡还是先有蛋的问题。为了制造出曲速驱动,我们必须先创造出超光速物质。1998年,科尔(D H Coule)提出为了使时空进行超光速运动,诱导它的物质分布也必须进行超光速运动。
问题六:因果关系。我要讨论的最后一个问题是因果关系违反,也就是说,时间倒流。这里的问题是,这样的机器可能会产生悖论,例如著名的祖父悖论。