超光速旅行真的要来了？发现了首个曲率泡，曲速引擎研究再现曙光

速度瓶颈限制了人类探索太空的步伐，科学家们一直在苦苦寻找着突破这个瓶颈的方法，曲速引擎就是解决方案之一。这种航天技术自上世纪提出以来，研究进展非常缓慢，一直还停留在科幻阶段，甚至有人认为这就是个梦想，永远都无法实现。

但就在前几天，突然有一则消息震惊了世人：曲速驱动器先驱，前NASA曲速驱动器首席专家哈罗德·G·怀特博士报告，发现了世界上第一个“曲速气泡”，将给未来曲速引擎的研究产生重大影响。

那么何谓曲速引擎，目前的研究进展如何，我们一起来学习了解一下。

爱因斯坦设定了一个速度瓶颈

爱因斯坦的相对论，让人类对大自然的认识有了重大突破，从而推动了整个人类科技文明的大踏步前行。但另一方面，他提出了光速极限的理论，也就是宇宙中任何物质运动速度不可能达到光速，更别想超过光速，这就为人类航天设置了一个速度瓶颈，严重束缚了人类深空远航的梦想。

宇宙之大超乎人们的想象，太阳系只是浩瀚宇宙中的沧海一粟，引力半径却有1光年。1光年就是光都要走一年时间的尺度，约为9.46万亿千米。人类未来的飞船即便接近光速，飞出太阳系也需要1年多。

而现在人类航天速度还只达到每秒十几千米，飞得最远的无人探测器旅行者一号，速度约每秒约17千米，飞了40多年，只飞了230多亿千米，不到1/400光年，还要飞17000多年才能够飞出太阳系。

而银河系直径约20万光年，宇宙中有数万亿个星系，可观测宇宙半径约465亿光年。即便飞船达到光速，飞出银河系也需要十多万年，到达其他的星系则需要数百万年甚至亿年。由此看来，人类要在宇宙中遨游，现在连想都不敢想。

好在爱因斯坦关了一扇门，又打开了两扇窗

爱因斯坦广义相对论的核心理论是引力场论，这个理论给人类打开了另外两扇突破速度瓶颈的窗户：一个是虫洞穿越，还有一个就是时空折叠。如果人类真的能够窥破这两个场的奥秘，掌握了其诀窍，未来人类走出太阳系，走向深空就不在话下了。

因为无论是虫洞穿越还是时空折叠，理论上都能够进行超时空跨越，超越光速许多倍到达该去的地方，且这两种方法不违背光速限制，因此不受光速极限约束，也不会导致速度带来严重的时间膨胀效应。

因为这两种方法实际上都不是真正提升了速度，而是抄近道和缩地法。虫洞穿越就像是火车穿越隧道，穿过很短的隧道就到达了本来很遥远的目标；时空折叠就是将时空像一张纸那样折叠起来，就不需要走过整张的纸面，而是从纸张这边的边缘一步跨越到纸张的另一边。

今天就只说曲速航行

所谓曲速航行就是利用时空折叠原理，让飞船在被压缩的时空中航行。简单地说，就是通过曲速引擎，将飞船前方的空间迅速弯曲缩小，后方的空间迅速弯曲扩大，就像在后面吹着气球将飞船往前挤，而飞船则在这个制造出来的时空气球（时空泡）中以亚光速向前推进。

飞船虽然没有超过光速，但由于时空被压缩了，就成为一种跨越式移动，比实际飞行速度快很多倍到达目的地。

这看起来有些费解，现在我们来通俗比喻一下：北京到纽约有15000公里，飞机以1000公里时速飞行，需要飞15小时才能到达。但如果用曲速引擎，将北京到纽约的时空压缩到只有1公里，飞机虽然没有提高速度，但在曲速空间只要飞3.7秒钟就到了。

科幻中的曲速飞船

美国影视《星际迷航》最多的科学内核就是曲速飞船，在影片里出现过众多的曲速飞船，其曲速分为0~10个层级，层级越高速度越快。影视中的曲速层级速度并非简单的数量级提升，而是有一个复杂的计算公式（见上图）。曲率1级即达到1c（光速），而9级则达到1516.4c，最快的星舰曲率达到9.99级，速度达到7912c。

理论上10级是曲率的天花板，就是无法达到。因为10级是代表无穷快，飞船可以在任意时间出现在宇宙的任何地方，即便在科幻中也不能制造出这种飞船。而根据公式计算，曲率达到9.9999级时，速度将达到恐怖的199516c。

然而即便曲率达到9.9999级，要飞往距离我们254万光年的仙女座星系，也还要走12.73年，而要穿越本星系群1000万光年直径，则要飞50年；穿越超本星系团1亿光年直径，则要飞501年。

可观测宇宙半径有465亿光年，这种飞船要穿越需要二十多万年。因此未来的航天速度还要更快，而人类目前的寿命需要大大延长，或者改变生存形态，才有可能走向深空。

要实现曲速航行有多难？

科学家们通过计算，要让时空弯曲，形成一个包裹着飞船的“曲率泡”，所需能量至少要达到太阳总能量的10亿倍。而在现阶段，人类总能量消耗还只有太阳能量的38万亿分之一，要制造出这种能量的飞船简直就是天方夜谭。

要知道整个银河系总能量也只有太阳的2000~4000亿倍，如果一艘曲速引擎需要10亿倍太阳能量，整个银河系能量也只能供应200~400艘曲速引擎使用。

根据卡尔达舍夫宇宙三级文明理论，人类要达到宇宙二级文明水平，才有能力控制和利用太阳的全部能量。有科学家预测，人类要达到二级文明等级，还需要不间断努力5000年。

要达到控制银河系全部能量的能力，则需要达到宇宙三级文明水平。人类还需要多少年才能够达到这个水平，现在谁也不知道，可能要亿年甚至10亿年，人类科技文明有没有延续这么久的幸运，谁也不知道。

还有科学家通过计算，维持飞船周围弯曲时空所需的能量，甚至超过全宇宙的总能量。除此之外，科学家们还发现存在许多难以解决的问题，如制造时空泡的巨大能量会产生威胁乘员生命的强大辐射，飞船无法往弯曲的时空泡前方发送信号，这就意味着宇航员无法操控飞船等等。

明知不可为但还是有许多科学家在努力

人类从诞生以来，就进化出了好奇心和不断探索的基因，正是这种基因让人类脱颖而出成为地球的主宰。这种基因在科学家们的血脉里则表现得更强大，因此，就有那么一拨人明知很难甚至不可为，却依然孜孜不倦地摆弄着曲速引擎问题。

1957年，德国物理学家海姆率先提出“曲速航行”的概念，开始探索“超时空动力”，认为可以利用时空扭曲和时空跳跃实现超光速飞行；1994年物理学家米盖尔・阿尔库比雷首次提出了类似《星际迷航》中的弯曲引擎。

2005年，德国物理学家豪泽和同事德勒舍尔共同撰写了一篇以海姆理论为基础的实验论文，探究“超时空发动机”的可行性，引起了美国航空航天学会极大兴趣，授予了他们2005年度“核能和未来航空”项目大奖。

由此，曲速引擎列入了NASA（美国太空总署）的研究计划。

2014年，NASA曲速引擎项目首席科学家哈罗德·G·怀特（Harold G White）透露，正在研究开发可作为星际旅行的宇宙飞船“IXS企业号”（与科幻影视《星际迷航》中的飞船同名），宣称飞船一旦面世，只需两周便可到达比邻星（4光年距离）。

2015年5月，怀特博士宣称对一种科幻级的动力系统进行了测试，这套被称为EM drive的动力装置获得推力，但这个装置并非一般意义上依靠扭曲时空行进的“曲速引擎”。

怀特博士终于发现了一个真正的“曲速泡”

虽然曲速引擎开发很难，但许多科学家正在另辟蹊径。

现在的科学发现，宇宙中可见物质只占约5%，95%的是看不见的暗物质和暗能量；另外，人们还发现了宇宙中有反物质和负能量的存在，由此一些科学家们正在从反物质、负能量、暗物质、暗能量方面想办法。

而就在11月8日，又是怀特博士给我们带来一个巨大的好消息：他和他的团队对曲速理论研究取得了一个巨大进展，他们成功发现一个“曲率泡”。怀特说：很清楚，我们发现的不是一个类似的扭曲气泡，而是一个真正的扭曲气泡，尽管这个泡泡很小很小，但意义很大。

图：真实世界 WARP 气泡的实际图像。图片来源：Harold G. White博士，无限空间研究所

据悉，这只是一个纳米级的曲速气泡，许多人对此嗤之以鼻，认为是小题大做，故弄玄虚，我不以为然。世界上许多重大科学发现和成果，不正是从微小处开始的吗？我相信这会是一个里程碑，随着研究的深入，曲速引擎将会一步步向我们靠近。

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参考资料：https://thedebrief.org/darpa-funded-researchers-accidentally-create-the-worlds-first-warp-bubble

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