美物理學家解讀如何實現超光速飛行 [複製鏈接]

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發表於 2013-9-18 23:45:00 |只看該作者 |倒序瀏覽

　　物理學家認為，超光速飛行可能在理論上是可行的，但實際情況卻未必如此。美國兩名物理學家認為，他們已經找到如何在不違背物理學定律情況下實現超光速飛行的途徑。但壞消息是，我們可能不得不犧牲木星以體驗這種超級飛行。
　　貝勒大學物理學副教授傑拉爾德·克利文(Gerald Cleaver)及其博士後研究員理查德·奧伯塞(Richard Obousy)，將物理學一些最難於捉摸的領域結合在一起——其中包括弦理論以及廣義相對論——制定了一項雄心勃勃的計劃，試圖讓《星際迷航》中展現的曲速飛行成為現實向前邁進一步。毫無疑問，克利文和奧伯塞的夢想成為現實的可能性微乎其微。
　　《星際迷航》系列影片的創作者永遠也無法解釋，『進取』號飛船如何以超過光速的速度在宇宙中穿行。如果人類希望探索銀河系的『後院』，打造超光速飛船是必須要取得的一項小小的成就，更不用說入主宇宙的遙遠區域了。
　　唯一的問題是，艾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)曾經指出，超光速飛行是不可能實現的。克利文在接受採訪時表示：『物體擁有質量，無法以光速移動。根據愛因斯坦的著名方程式，隨著移動速度越來越快，物體的質量也會不斷增加。隨著移動速度接近光速，物體質量將變得無窮大。換句話說，一粒灰塵以光速飛行時將擁有無窮大的質量，此時此刻，需要借助無窮大的能量才能讓這粒灰塵以接近光速的速度移動。也就是說，我們最好將人類從『進取』號恆星飛船的乘客名單中刪除。
　　克利文和奧伯塞對1994年首先由墨西哥物理學家邁克爾·埃爾庫比爾(Michael Alcubierre)提出的一項理論進行了擴展。他們表示，光速還不算特別快。埃爾庫比爾指出，我們不必考慮曲速飛行，星際航行真正需要的是打造一個『曲速泡』。根據埃爾庫比爾的理論，質量可能受限於愛因斯坦提出的計算公式，但在太空環境下未必會受到這種限制。
　　貝勒大學的兩名研究員認為，讓飛行器——例如『進取』號後方的空間膨脹同時壓縮前方的空間是可能辦到的，最終形成一個能夠以遠遠超過光速的速度穿過愛因斯坦所說的時空結構的氣泡。曲速泡內部的『進取』號會隨著曲速泡在太空中穿行高速前進，而飛船本身則保持靜止不動，因此避開了愛因斯坦提出的問題。克利文在加利福尼亞州(美國的衝浪中心)理工學院獲得博士學位，他非常喜歡用『衝浪』來形容這種超光速飛行。
　　如何打造這樣一個泡泡？由於這個問題，整件事情變得複雜起來。宇宙包括一切類型擁有質量的物體並且一直以超過光速的速度膨脹。克利文表示，自上世紀70年代以來，我們便已知道這一點。在大爆炸後的一瞬間，宇宙便在一個非常短暫的時間內開始以超光速向外擴張。根據弦理論(在探索有關世上萬物的一項可靠理論的物理學家中間非常流行)，在誕生後的第一秒，宇宙的體積從一個原子的核子的1.0 × 10-21大小膨脹成大約一個籃球。『在此過程中，太空本身也正以超光速擴張。』
　　在加州理工學院，克利文曾在傳奇人物、弦理論領域領導者約翰·施瓦茲(John Schwartz)的教導下攻讀學業。根據他的假設，利用正負暗能量部分複製最初幾秒的宇宙是可能做到的，暗能量據信是宇宙擴張背後的驅動力。
　　具體做法是，將正能量置於『進取』號之後，將負能量置於前方，在兩種能量共同作用下，飛船便能夠以曲速飛行。克利文說：『飛船前方的空間以超光速萎縮，後方空間則以超光速膨脹，推動曲速泡以及內部的飛船，整個過程就像衝浪一樣。』
　　如何才能做到這一點呢？雖然還不能給出準確答案，但貝勒大學的兩位研究員提出的理論認為，只要擁有足夠能量，便有可能改變11次元空間。11次元空間是弦理論的關鍵組成部分，弦理論認為維度的數量遠遠超過我們在地球上看到的3個。
　　克利文表示，借助於足夠的能量，『進取』號前後的時空維度至少可以讓曲速泡踏上征程。他說：『所需要的初始能量可以與整顆木星的質量相提並論。如果能夠將木星轉換成能量，曲速泡便可進行發射。』
　　根據弦理論，為了穩定負責保持曲速泡朝數量無限多的其它宇宙前行的系統，飛船可能需要更多能量。(其它宇宙發出的光線仍需很久才能到達地球，因此並未被我們觀察到。)克利文承認，他並不希望看到這種事情發生。『根據弦理論，埃爾庫比爾效應可以成為現實，這僅僅是在理論上對埃爾庫比爾效應如何成為現實進行討論。』
　　值得關注的是，克利文和奧伯塞還有更多問題需要面對。對於弦理論應否被視為一項受人尊重的科學，科學家一直存在爭議。很多科學家認為，弦理論無法加以證明或者反駁，因此不能被視為一項科學。其他科學家則寄希望於未來一些造價異常昂貴的機器，認為它們可能擔負起證明或者駁斥這一理論的使命。
　　退一步講，如果『進取』號飛船一直在非常稀薄的空氣中航行，即使能夠以接近光速的速度飛行，它也需要4年多時間才能抵達太陽系外距離我們最近的恆星，而造訪旗下行星存在生命的數量眾多的恆星則需要數百年之久。
　　我們必須意識到，《星際迷航》畢竟只是一部電影，所呈現的東西並沒有必要建立在事實基礎之上。除此之外，我們還要面對一個不可迴避的問題，即究竟有多少木星可以讓我們來犧牲？