曲率引擎可能實現么?這是一種什麼樣的存在?

剛看完小說,求解


不知道題主所說的具體是哪種類型?《三體》中的曲率驅動裝置還是Star Trek中的Warp Drive?
一、三體中的曲率驅動
先來看看大劉是怎麼描述的。

一艘處於太空中的飛船,如果能夠用某種方式把它後面的一部分空間熨平,減小其曲率,那麼飛船就會被前方曲率更大的空間拉過去,這就是曲率驅動。曲率驅動不可能像空間摺疊那樣瞬間到達目的地,但卻有可能使飛船以無限接近光速的速度航行。

這個怎麼理解呢?有點像是飛船墜入黑洞的過程——前方的時空彎曲得更厲害,後方的時空彎曲的則較少,因此飛船實際上會受到凈的向前的引力,進而加速。而由於無論是飛船本身還是上面的乘客都是處於同一個時空當中的,因此它們都會受到同樣的引力,加速的時候自然不會產生過載。當然,個人認為這並不是某種拖著空間跑之類的驅動方式,飛船隻是通過某種方式持續地「燙平」身後的時空,這樣前面的時空就會把它拉過去。而被燙平的空間無法復原,這就形成了曲率航跡。當然,至於航跡內的真空光速是否會下降,我認為應該是不會的。這大概就是科學與科幻的區別了。
btw,三體3最後程心和關一帆乘著那艘穿梭機被死線擴散困住那段實在是……太不嚴謹了……這完全不是違反現實物理學的問題,因為科幻總要創造新的物理定律出來;這完全就是不自洽的問題了……
三體中是承認相對論的正確性的,這點我相信大家沒有異議。雖然我手邊沒有書,但我能清晰地記得,程心往死線處扔了一塊石頭,然後——那塊石頭居然就飛進去了……進去了……去了……了……
有沒有搞錯啊!死線內光速是0,它的存在就相當於一個絕對剛體,石頭肯定會被彈開的好么!
還有後來穿梭機被死線擴散給困住那段,穿梭機開始的時候的速度是大於黑域內的光速的,與此同時黑域逐漸擴散並接觸穿梭機。然後!穿梭機居然完好無損地進入了黑域!
卧槽這麼大的應力都沒事請問貴艦的外殼是三鈦硬鈾合金極化抗燒蝕之後還被Q加了個buff的嗎?這尼瑪幣是在逗我吧?你這船殼是什麼材料,多少錢一噸,我要買啊!
二、ST中的曲速引擎(Warp drive - Memory Alpha
曲速引擎是ST世界觀中一種最原始的超光速航行方式(確實很原始,一般比較吊的種族都分分鐘超曲速了),同時也是衡量一個文明是否有資格成為一個星際文明的一條底線。人類的第一次曲速飛行是2063年4月5日早上11點左右,由澤弗蘭·科克倫(Zefram Cochrne)博士和他的鳳凰號(Phoenix - Memory Alpha,諷刺的是,這艘傳奇的飛船曾經是一顆核導彈,而科克倫博士用她開創了人類和平的新紀元)完成。根據MemoryAlpha,鳳凰號的第一次飛行達到了曲速1級(恰好為真空光速)。鳳凰號的曲速信號被一艘路過的Vulcan飛船(T"Plana-Hath (starship))探測到了,這使得當天晚上Vulcan人前來地球與人類進行了第一次接觸。這是人類歷史上最重要的時刻之一。
現在來講講曲速引擎的原理吧。其實曲速引擎的理論早在1994年就被University of Wales的Miguel Alcubierre提出了。這篇傳奇的論文被收錄於Cornell University的arXiv資料庫:http://arxiv.org/abs/gr-qc/0009013v1
曲速引擎的基本原理建立在廣義相對論(General relativity)的基礎之上。根據Alcubierre教授的原始論文,我們可以看到warp drive的基本原理如下:

By a purely local expansion of spacetime behind the spaceship and an opposite contraction in front of it, motion faster than the speed of light as seen by observers outside the disturbed region is possible.

意思是

通過使飛船後部時空局域地膨脹以及前部時空局域收縮,在被影響的區域外的觀察者將有可能觀察到飛船超光速的運動。

當然,雖然這一引擎的工作原理並不複雜,想要建造它卻不容易。實現曲速的技術方法在技術手冊《聯邦星艦進取號完全圖解》中有一段概述,截圖如下。

當然,前面提到,曲速引擎只是最原始的超光速航行方式——實際上,對於僅僅裝備曲速引擎的星艦來說,即使是銀河系也是一個很大的地方。

在這張曲速層級表(根據奧田標度計算得出,其中omega為曲速等級,取值在0到10之間,為任意實數;s為光速的倍數,取值在0到正無窮之間,為任意實數)中我們可以輕易的看到,大多數聯邦星艦的航行速度被限制在1000c左右,即使是USS Voyager - Memory Alpha(極速為9.975級曲速,相當於5754.23c)和USS Prometheus (Prometheus class)、USS Enterprise (NCC-1701-E)(極速為9.99級曲速,相當於7912.35c)這樣先進的星艦也無法突破10000c——這意味著橫穿銀河系都需要花費超過10年(實際上,這裡的極速是無法維持的。長時間處於最高曲速航行會對艦船結構完整度造成嚴重損害,甚至導致曲速核心爆炸。這也正是為什麼USS Voyager需要75年來航行70000光年——當然,這是在沒有主角光環籠罩的情況下)!而即使是亞空間通訊,能達到曲速9.9999級,也不過20萬倍光速,即使到半人馬座α星都有若干分鐘的通訊延遲。因此,曲速引擎屬於十分原始的星際航行方式。
再來看看所謂的「超曲速」。
目前公認的幾種具有可行性的超曲速航行方式包括(這裡沒把2378年聯邦研發出的超曲速傳送給算上,那玩意不能算航行方式……):
1、Borg(Borg - Memory Alpha)等種族所擁有的超曲速通道(Transwarp conduit)產生技術
儘管Borg人似乎早就從種族116(Species 116 - Memory Alpha)處得到了量子滑流引擎(Quantum slipstream drive)的技術,但是他們仍然選擇使用超曲速通道來航行。他們的飛船可以產生一個穿過超曲速空間(Transwarp space)的超曲速通道。超曲速通道的具體速度我沒有考究過,但是MA的說法是至少比銀河級(Galaxy-class)的最高曲速——9.8級快20倍,也就是大概40000c。也不是很快嘛……

2、量子滑流引擎
這個真的是黑科技了。

量子滑流引擎由種族116發展出,航行速度相當快——當然,具體有多快,劇情間有相互矛盾……(詳見我提的問題:量子滑流究竟有多快? - 星際迷航(Star Trek))
評論區提示:2.5、亞空間走廊(Subspace corridor
出現於VOY 6x07 "Dragon"s Teeth"。根據Ensign Harry Kim - Memory Alpha所說,航海家號在走廊中航行了5分鐘就走了200光年,這也就相當於2.1024	imes 10^{7}c
3、同軸曲速引擎(Coaxial warp drive)
這個更是黑科技。這一航行方式只在VOY: "Vis à Vis"中提到過,根據這一集的描述,這一引擎似乎看起來有點像是某種「跳躍引擎」,通過大規模地摺疊空間以幾乎即時地到達任何你想去的地方。
4、星門(Iconian gateway)
跟這個比起來,前面的真的都是小兒科了。Iconian - Memory Alpha是一個古老的種族(當然,沒有Q - Memory Alpha老)。

這個黑科技……我只能說,編劇腦洞太大了。
5、托馬斯·尤金·派瑞斯式兩棲動物欽定版超曲速引擎(詳見VOY: "Threshold (episode)")
這一集是一個大BUG,編劇們都盡量避免談論它,但我們不能否認它的存在。在這一集中,我們天才的舵手、領航員托馬斯·尤金·派瑞斯中尉(他一直都是中尉Lieutenant Junior Grade,後來幹了壞事之後被珍媽降級成了少尉Ensign,再後來又提回了中尉。不信的請去查MA。btw他老婆B"Elanna Torres也一直是中尉。幻翔字幕組一直都以為他們倆是上尉)利用一種特殊的二鋰(Dilithium - Memory Alpha)晶體製造出了一種謎一般的超曲速引擎,並且把它安裝到了航海家號的穿梭機科克倫號(Cochrane (shuttlecraft))上了。後來,他開著穿梭機達到了曲速10級——是的你沒看錯,達到了曲速10級,這也就是無限大的速度!當然,這伴隨著一些side-effect,比如退化成兩棲動物……
我也不是針對誰,我是說,在座的各個種族的星際航行技術,都是垃圾!——Lieutenant Thomas Eugene Paris, Voyager"s Helmsman and Pilot
以上。答案修正:
1、根據MA和Micheal Okuda先生的說法,元首級的最高曲速是沒有官方設定的,前文提到的9.99為誤傳的粉絲設定
2、我在前面的回答中混淆了博格超曲速線圈(transwarp coil)和博格超曲速導管(trandwarp conduit)。前者的最高航速大約的確是40000c,但後者遠不止這麼快。一艘博格飛船能通過超曲速導管輕易地在幾分鐘內橫穿銀河系。在VOY劇終集中,航海家號就是通過博格的超曲速導管,直接在幾分鐘內飛越4萬多光年,回到了地球
3、關於航行方式,ST里還有一種極其神秘的引擎——時間引擎,見於29世紀的時艦上。這一引擎從未被直接提到過,但是它的存在毋庸置疑。


當然存在!而且已經深刻地刻在了我們的心中,只是你沒有發現。

你可知道,在北方的方言中,有一個詞叫「曲率拐彎」。

不光能曲率,還能做水滴的那種無動量損失的轉彎。厲害不厲害。


曲率引擎或叫曲速引擎,是一種設想中的引擎,是目前唯一可以在理論上超越光速並不違反現有物理理論(相對論)的引擎模型。

相對論指出,有質量的物體運動速度越快,質量越大,當無限接近於光速時,質量變成無限大,推動無限大質量的物體需要無限多的能量,無限大的能量不存在,所以任何有質量的物體都無法超越光速。

而曲速引擎是用一種方法,把飛船前方的空間壓縮,把後方的空間擴張,讓壓縮和擴張的空間形成一個勢能(坡),讓飛船在「坡」上滑動,因為相對於飛船周圍的「坡」是靜止的,讓「坡」拉著飛船走,而飛船本身不動,其相對運動是零,所以也就繞開了相對論。

問題是現在根本沒有辦法壓縮和擴張空間。

還有一個問題是能量守恆,當你把一個物體從A地移動到B地,無論是走路,開車,用飛機,還是曲速引擎,需要的能量都有一樣的(不考慮能量損失)。你用一升汽油(假設能量轉換率100%)的能量才能達成的事,不是說用曲速就需要一滴油。

即使你把整個太陽系的物質全部轉換成能量,也只能把一個飛船推動到距離100光年遠的地方(舉例),區別僅是你用反物質需要1萬年,用曲速需要1天。


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