物理学家们指出了曲率引擎可能的⼯作模式——相对于星际旅⾏来说,这对于我们理解引⼒更有帮助。⼀个物理学家团队发现,可能能建造⼀个真正的,不会违反任何已知的物理规律的曲率引擎。但有⼀点需要注意:进⾏曲率航⾏的⻜船不能超过光速,所以你不能随时到达你想去的地⽅。但是这仍然表明我们对引⼒的认识前进了⼀⼤步。
爱因斯坦的⼴义相对论是解决引⼒问题的⼀个⼯具,它将质量、能量与时空弯曲联系在了⼀起。反过来,时空弯曲⼜告诉物质和能量该如何运动。在⼏乎所有的情况下,物理学家都是⽤相对论⽅程来计算⼀组物体如何运动。他们有⼀些物理情景,⽐如⼀颗⾏星围绕着⼀颗恒星运⾏或者两颗⿊洞相撞,物理学家们会思考这些物体会如何改变时空结构,以及系统的后续演化应该是什么样⼦。
墨⻄哥物理学家⽶给尔·阿库别瑞(Miguel Alcubierre)就是这样发现曲率引擎背后的物理基础的——⻓久以来,这都是《星际迷航》的核⼼内容。曲速⻜⾏是通过超光速的⽅式使我们能够在⼀段时间内从A点位置移动到B点。然⽽狭义相对论明确禁⽌了超光速,这虽然从来没有困扰过《星际迷航》的编剧,但是这个⽭盾确实困扰了阿库别瑞许久。
他发现,通过巧妙操纵时空结构,可以构建⼀个曲率引擎,使得⻜船前⽅的空间被压缩,后⽅的空间被拉伸。
为了提供必要的时空扭曲,宇宙⻜船必须包含某种特殊的物质,这些物质通常被需要具有负的质量。负质量带来了⼀些概念上的问题,它们似乎违背了我们对于物理学的理解。⽐如,如果你踢⼀个负五公⽄的球,它会向后⻜出去。此外,从来没有⼈在现实中⻅过负质量的物体。
阿拉巴⻢⼤学亨茨维尔分校的贾⾥德·福克斯(Jared Fuchs)领导的国际物理学家团队发现了⼀种解决办法。发表在《经典和量⼦引⼒》(Classical and Quantum Gravity)期刊上的⼀篇论⽂中,研究者们深⼊探讨了相对论,探索是否可能存在任意形式的曲率引擎。
科研团队并没有真的尝试建造⼀个推进装置。相反,他们研究了⼴义相对论各种满⾜条件的解,这些解的共同特征是允许⻜船在不经历任何加速或任何引⼒潮汐的情况下,从⼀点旅⾏到另⼀点。这对任何假想的乘客来说都是极⼤的舒适。随后,物理学家们检查了这些解是否符合防⽌使⽤奇异物质的能量条件。
研究者们确实发现了⼀个曲率引擎解:⼀种通过操纵空间使得旅⾏者们⽆需加速即可移动的⽅法。然⽽,任何事物都存在⼀定的代价。这种曲率引擎的物理特性有⼀个重要的注意事项:⻜船和乘客们永远不能以超光速⻜⾏。
探索曲率引擎如何⼯作,在什么条件和限制下⼯作,或者探索它为何不能存在,就是向着这个⽅向迈出的⼀步。多年来,物理学家们认为能量条件不允许任何类型的曲率引擎存在,⽽新的研究却展示了⼀个与现有理论兼容的例⼦。⽆论我们能否得到⼀个不错的超光速引擎,迎接我们的都将是⼀场胜利。因为⽆论未来沿着这些⽅向的探索得出什么结论,我们对引⼒的理解都将更进⼀步,⽽且有机会⾰命性地改变我们对于引⼒的理解。