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星際航行有望?科學家提出可行的「曲速航行」

科學家正在完善「曲速航行」的理論,或許有一天,星艦企業號會真實穿梭在銀河當中。

人類常常在思考,浩瀚的星海里有多少奇特的世界?然而太空實在太廣大了,群星之間的距離都以「光年」來計算,也就是說,即使飛行的與光一樣快,到達其他星球也都是幾年,甚至幾千年的時間。既然如此,科幻作家只好發明出超越光速的航行法,科幻影集「星際爭霸戰」(STAR TREK)當中的「曲速航行」(warp speed)是最有名的一種。值得高興的是,有一些科學家一直試着建立曲速的理論,最新的說法,曲速可以符合現有的物理定律,並非完全不可能。

「太空,人類的終極邊疆,星艦企業號的旅程....」,美國科幻劇「星際爭霸戰」從上世紀60年代開播,至今已經超過50年,並衍生成一個龐大的故事體系,還啟發了當年許多小觀眾,以「發明企業號」為職志。1994年一位名叫米格爾•阿庫別瑞(Miguel Alcubierre)的墨西哥籍科學家,提出了不違反愛因斯坦相對論的曲速理論,稱為阿庫別瑞測算(Alcubierre metric),這是第1個曲速航行的理論。這套理論的想法是,在星艦周圍形成一團不同於尋常空間的力場,壓縮前方的空間,並拉伸後方的空間,這樣的環境稱為「曲速泡泡」(Warp Bobule),即可形成高於光速的移動。但問題在於,這套算式在現有的物理學是不成立的,它需要用大量的負能量來穩定算式,雖然負能量有可能存在,但根據現有物理學,這根本不可能實現。

科學家正在完善「曲速航行」的理論,或許有一天,星艦企業號會真實穿梭在銀河當中。

但是古典和量子引力(Classical and Quantum Gravity)網站,最近有2篇不約而同的論文,都認為要達成穩定的曲速場,可能不需要用到負能量,已知的「重力」就可以達成。

瑞典隆德大學(Lunds universitet)天體物理學家亞力克西·鮑伯瑞克(Alexey Bobrick)說:「我們認為阿庫別瑞的研究方向是對的,只是他把問題想複雜了,急着要平衡時間曲率。其實重力本身就能彎曲時空,只是需要的引力場將要非常大。」

冷次設想不同太空飛船的「曲速泡泡」壓力值。

鮑伯瑞克的論文認為不需要負能量,但將需要一個非常強大的重力場,重力可以極大地彎曲時空,彎曲空間可以使太空船以數倍的速度前前,卻又不會造成明顯的雙生子悖論。

他說:「經過計算,如果我們將整個地球的質量,壓縮到一個直徑10米的球殼裏,那麼對它內部時間的校正仍然很小,1年大約只增加1個小時。」

該研究的另一個有趣發現,涉及曲速太空船的合理形狀,較寬,較高的船,將會長而細的船需要更少的能量,也就是說,曲速太空船可能不是流線型。

幾天後,德國格丁根大學(University of Gottingen)的艾瑞克·冷次(Erik Lentz)也發表一篇相當類似的論文,他也認為「曲速泡泡」不需要負能量就可以建立。

冷次認為,某些形式的時空泡泡可以用孤波(soliton)的情況擴散,這是一種相當緊湊的波,以恆定的速度傳播,卻不會變形。他認為如果曲速泡泡在這種情況下,是可以穩定維持,也就不必負能量來平衡。

冷次在一份聲明中說:「這項工作使超光速航行的問題,可由基礎物理學的理論來填補,或許在未來成為工程學的基礎。」

當然,要達成這樣子的空間扭曲很不容易。冷次表示,若要為一艘直徑200米寬的太空船產生一個曲速泡泡,所需能量大約是木星質量所含能量的100倍。

另外,下一個重要的研究是,重力場造成的孤波,在自然界存不存在?冷次認為,如果理論正確,中子星的重力應該會造成明顯的重力場孤波,或許中子星附近的電漿體流動的型式,可能是尋找正能量孤波(positive-energy solitons)信號的自然場所。

責任編輯: 李華  來源:中時新聞網 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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