曲率引擎超光速飞船即将成为现实

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IXS进取号（IXE Enterprise）的设计概念图。图片来源：马克·雷德马克

2012年，物理学家哈罗德·怀特（Harold White）透露了一个堪称惊天动地的消息：他和他的团队正在为美国航空航天局（NASA）研制超光速引擎。驾驶装备着这种引擎的飞船，从地球飞到电影《阿凡达》（Avatar）中的潘多拉星球，仅需要几个星期而已。近日他和艺术家马克·雷德马克（Mark Rademaker）一起公布了该项目的最新设计。不过平心而论，他们公布的只是据称更加现实的设计应该具有的样子。

说起“超光速”，靠谱的科学青年首先想到的应该是爱因斯坦。根据他提出的广义相对论，有质量的物体有着一个永远无法企及的速度上限：真空光速。这给所有关于星际飞行的浪漫幻想抹上了一层阴影。

然而怀特的设计却像是一丝希望的亮光，因为他打算借助墨西哥理论物理学家米格尔•阿尔库维耶雷（Miguel Alcubierre）的想法。在1994年发表的一篇论文中，阿尔库维耶雷提出，可以制造一种能够令前方空间收缩而令后方空间膨胀的引擎，以空间的“变形”来推动飞船前进。由于空间膨胀的速度没有任何限制，所以这种飞船的乘客可以感知到自己的速度超过了光速。

阿尔库维耶雷提出，可以制造一种能够令前方空间收缩而令后方空间膨胀的引擎，以空间的“变形”来推动飞船前进。图片来源：io9.com

如果能够实现，飞船将会是被一个“曲率泡”裹挟着前进，它在本地参考系内将没有任何加速度，也就不会受到广义相对论的速度制约，而且不会出现时间变慢等相对论效应。假如有一艘这样的飞船以单程两星期的速度飞到潘多拉再回来，其乘员的年龄将比出发前增长四星期，与留在地球上的情形一样，不必担心发生所谓的“双生子悖论”。

另外，他们可以带回来仅仅两星期之前的信息，而通过望远镜，地球上的人们却只能看到潘多拉星球4年多以前的样子。

通过玩弄空间曲率，一艘飞船可以绕过爱因斯坦的速度限制。图片来源：io9.com

不过，阿尔库维耶雷驱动有一个小小的问题：太耗能。最早的估算表明，要想在合理的时间内到达星际目的地，所需要的能量大约相当于将整个木星的质量按照质能方程转换为纯能量。这显然是不可接受的，因为我们需要留着木星为地球阻挡小行星。

但是怀特却认为，通过改变引擎的形状，他能够把能量需求大为缩减，相当于将能量对应的质量从木星大小降低到了1600磅（约725.7千克）。由此，这种引擎的可行性得到了大幅提升，也引起了NASA的注意。

在最近公布的IXS进取号概念图中，飞船本身被两个巨大的环状物包裹，这便是怀特设计的曲率引擎。通过这种设计，超光速飞行所需的能量被大大降低。图片来源：马克·雷德马克

如今怀特正在实验室中试图验证自己的理论。根据他自己的说法，目前距离最终目标的实现还有着一段遥不可及的长度。好消息是太空歌剧爱好者们短期内不必担心自己天马行空的幻想被“真家伙”毁掉了。只是我们仍然希望，怀特未来为我们呈现的将不再只是几张概念图而已。