超空间驱动器为什么至今造不出来？
在《星球大战中》利用超空间驱动器进行光速旅行。我们为什么不能造一个出来？
如果你是科幻迷，那么你一定知道星球大战，你也一定知道超空间驱动器（Hyperdrive）。超空间驱动器是“星战宇宙”中的常见驱动装置，早在1977年的第一部星战电影中，Han Solo就和他的同伴驾驶靠超空间驱动器驱动的千年隼号进行超光速星际旅行。
那么，超空间驱动器是否真的能被制造出来呢？你可以比光跑地更快吗？和物理中的其他事情一样，这个答案也相当复杂。也许我们只能回答，是什么什么样的技术障碍在阻止我们超越光速？
超空间驱动器遇到的第一个障碍就是，所有具有质量的物体都不能超越光速。这是爱因斯坦的狭义相对论里的基本原理。简而言之，当飞船达到光速时，它的质量就会达到无穷大。也就是说你需要无穷多的能量去推动它，这比炸掉奥德兰所需要的能量还要多得多。所以，想要达到光速是不可能的事。
但是，爱因斯坦的公式并没有禁止你通过弯曲空间来超越光速。你可能知道，我们生活在三维空间加一维时间的时空中。空间球本身的膨胀速度是可以超光速的。例如，宇宙大爆炸发生之后的很短时间内，时空本身的膨胀速度是超过光速的。
曲速引擎可以利用弯曲空间来实现超光速飞行。曲速引擎的概念还存在很多的问题，所以现阶段它只是一个数学上的概念。理论上讲，曲速引擎会引起飞船前方时空收缩而后方时空膨胀。单独考察空间，物理学家Eric Davis和Gerald Cleaver分别单独地把这个现象和冲浪做了对比。可以想象冲浪板就是飞船，运动员就是驾驶员。运动员在浪头前进时仍然站在冲浪板上，相同的飞船在时空隧道里时仍然处在时空之中。
曲速引擎的限制
运行中的曲速引擎。
图片来源：wiki
在我们利用千年隼号躲开Kylo Ren之前，还有很多问题需要物理学家解决。Cleaver、Richard Obousy和Jeff Lee已经考察了部分问题。首要的问题是如何将千年隼号启动。“仅仅是启动阶段所需要的能量就相当于整个木星的质量所转化的能量。” Cleaver在采访中说。
不过，可以假设我们可以完成千年隼号的启动。
接下来的问题就是保证飞行过程中能量的流动。当曲速引擎达到光速时，宇宙微波背景中的光子就会被飞船吸收。这对飞船本身和船员来说都是不利的。“从运动方向上传来的星光会剧烈的蓝移”Davis接受采访时说，这就是说飞船的高速运动会压缩光子并提高光子的频率。“它们会变成超强辐射并杀死飞船上所有人”。同时，飞船会因为时空带来的问题停止运转。“由于能量会转化给蓝移的光子，飞船的能量会持续地流失。
”Cleaver说。“飞船上必须有一个巨大的能量源来补充流失的能量。”
在这个模型中，你需要持续提供大量的能量，大到Cleaver认为不可能通过技术手段制造出来。
新的希望
普朗克卫星拍摄的微波背景辐射全天图
Davis最近在访问Baylor时做了关于处理曲速引擎的变动问题的报告。他提到了他最近阅读的C.B. Hart等人2002年挂在Arxiv上名为“关于超光速曲速引擎飞船上有害物和辐射问题”的文章。
Hart结合了自己团队和其他物理学家的工作，指出了关于曲速引擎的其他问题。其中有一个对飞船来说致命的问题——以接近光速撞击小行星或者其他物体。这个问题对于千年隼号同样存在。
另外，曲速引擎附近的辐射使得你不可能向保护罩外的任何人传递信息。更糟糕的是，这种环境下，你甚至不能通过控制时空去你想要去的地方。
不过，根据Hart和他的合作者的理论，我们可以通过调节方程式来避开部分麻烦。
物理学家Chris Van Den Broeck提出了一个改进曲速引擎的方案。在一次采访中，Davis说这个理论的数学对于非数学工作者来说太过于复杂。但实际上，Chris Van Den Broeck通过给数学方程乘上一个时空度量给出了改进方案。结果它降低了曲速引擎工作所需的能量。（从整个银河系的能量减小到整个太阳的能量，虽然能量依然很大，但是已经是一个了不起的进步）。
Hart组根据Davis的工作做了更多的数学方面的工作并提出被用多层保护罩包围曲速引擎的改进方案。换句话说，飞船上的驾驶员被层层盾牌保护起来。“内部曲形罩的作用可以解决外部曲形罩带来的问题。这样就不再有危险的辐射，飞船不能和外界联系的问题也解决了”他说。“这也大大减少了制造曲速引擎的能量”。即便如此，仍有大量问题需要进一步研究。
四维引擎和射频共振空腔推进器
星际穿越穿过虫洞。来源：星际穿越电影
如果曲速引擎的方案不能实现，至少还有两个方案让你可以驾驶千年隼号进行高速空间旅行。
第一个是虫洞，虫洞理论上连接了空间中不同的两个点。一个关于虫洞如何工作的经典例子出现在Madeleine L'Engle的书《A Wrinkel in Time》中，这个例子将会在2018年被拍入电影。
在这本书中，小女孩Meg学到了一个叫“tesseract”的概念，书中也称为“时间的褶皱”。Meg被要求在一张纸上画一幅蚂蚁行军图。这张纸代表时间。你可以通过折叠纸张来缩短蚂蚁走过的距离，在实际情况中你可以通过弯折时空缩短两点之间的距离。
“如果有人可以弯折时空，我们很难想象这会是什么样子。因为我们生活在三维世界中，这就造成我们很难想象四维世界的情形，”Patrick Johnson说。
问题在于，虫洞弯曲时空需要大量的能量。在电影“星际穿越”中，飞船进入了土星附近的虫洞进行时空旅行。“如果虫洞距离土星像电影中那么近，土星会被整个撕碎，”Johnson说，他补充道，这个过程中需要的能量大到无法想象。
NASA建造的射频共振空腔推进器原型机
另一个选择是射频共振空腔推进器，这是被NASA和其他航天机构仔细考虑过的高速飞行的概念。它的原理是在椎体内发射微波，微波在密闭空间内反复地反弹，进而产生的辐射压推动椎体前进。很多科研人员说，这个方案违背了物理定律，尽管射频共振空腔推进器已经被不同的研究组验证过。但NASA的相关研究人员目前仍不愿接受相关采访。
无论超空间驱动器能否真正实现，它的确可以为科幻小说带来很多素材。星战并不是唯一想要实现超光速飞行的小说。与曲速引擎类似的装置大量出现在《太空堡垒》《星际迷航》和《神秘博士》等作品中。
原文链接：https://www.space.com/39113-star-wars-hyperdrive-light-speed-tech.html
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