《三体》航天考,曲率驱动( 二 )


在《三体3:死神永生》中,使用曲率引擎驱动,飞船应如何正确脱离光速?
【《三体》航天考,曲率驱动】

《三体》航天考,曲率驱动


我们从从曲率驱动和光速飞船开始 。在讲之前要先给大家普及一点狭义相对论的知识,很多人都听到过,根据相对论,光速是任何物体运动的极限速度,讲的更准确一点儿就是任何信息和能量的转播速度都无法超过光速 。这个结论是怎么得出的呢?简单来说,在狭义相对论中,物体的质量会随着运动速度的增大而增大,我们都知道,根据牛顿第二运动定律,物体的加速度等于受到的力除以质量,如果加速度恒定,那么质量增大,给物体施加的力就必须也增大,于是,如果物体的速度要达到光速,那么质量就会是无限大,力也必须无限大,对不起,宇宙中不存在无限大的力,所以物体的速度永远不可能达到光速 。
但是在《死神永生》中,提到了曲率驱动引擎,这种引擎的工作原理绕开了牛顿第二定律,驱动飞船产生速度并不需要力,而是空间本身被拉扯了 。打个比方,我们把空间想象成一张地毯,飞船摆放在地毯上,曲率驱动就是飞船本身并不动,而是拉扯地毯,使得飞船移动,因此飞船也就没有加速的过程,直接进入光速 。在小说中,人类观察到三体第二舰队就是这样直接进入光速的,没有任何加速的过程 。
这个原理在目前我们人类已知的科学理论中是否站得住脚呢?根据我的调研,虽然有一些物理学家认为该方案可行,但主流的声音是否定曲率驱动的 。首先,空间会有曲率这个没有争议,根据爱因斯坦的广义相对论,时空是可以被弯曲的,这已经是一个经受住了严苛的物理实验检验的客观事实了 。换句话说,假设A星球和B星球原本相距1光年,但由于某种原因,导致AB星球间的时空被弯曲了,那么理论上,它们之间的距离就会小于1光年 。
于是,在1994年,有一个物理学家叫阿尔库贝利提出了一个气泡飞行方案 。他说,我们可以设法使空间的某个区域极度弯曲,形成一个时空气泡,这个气泡就可以在空间中以任何速度移动而不违反相对论,飞船就藏身于这个气泡中,这样就实现了飞船的光速甚至超光速飞行 。根据计算,这个气泡在移动的过程中,空间在气泡的后面膨胀了,在气泡的前面缩小了,这个就很像大刘在小说中描写的曲率驱动,程心也是看到肥皂驱动小船前进时猛然受到启发 。
但进一步的计算表明,根据广义相对论的方程,维持这个气泡需要负能量 。负能量是存在的,在物理学中有一个著名的效应叫做卡西米尔效应,就是在两块很大的平行金属板之间,由于量子涨落会出现极为短暂的能量不守恒现象,其原因就是真空中会凭空产生电子和反电子,他们会向真空借能量,然后又迅速地互相湮灭归还能量,在从产生到湮灭的这段短暂的时间中,真空就出现了负能量,但持续的时间及其短暂 。
继续的计算又表明,阿尔库贝利气泡速度移动的越快,就需要越大的负能量,气泡中包含的质量越大,也就需要更大的负能量,最终的计算结果是,如果想要用这种方式驱动一艘普通的飞船达到光速,那么需要的负能量比宇宙中已知的总能量还要大,这显然不可能啊,根本就没有这么多能量可以借的 。但还是有一些科学家不死心,比如2013年有一条被广泛转载的新闻,说美国宇航局的哈罗德?怀特博士和他的研究小组试图创造一个阿尔库贝利气泡,使得气泡中的一个光子实现超光速运动,但这项研究不了了之,再没看到下文了 。

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