1000年内能发明出曲率引擎吗？ 第1页

曲率引擎是以接近光速或超光速航行的一种方式，和“虫洞”等时空穿越的方法不同，曲率引擎通过改变时空的曲率而得到接近光速，甚至能够超越光速，这是真正的以高速连续穿过时空。

最早提出类似设想的是德国人布克哈德*海姆，他曾尝试建立一种宇宙万有理论，以调和相对论和量子力学的矛盾。他的主要方法也很简单：增加维度。他曾希望用一个六维时空的框架，而从基本物理常数直接推导出粒子质量，据说结果很符合，但却很少被科学界接受。

后来，有些人用海姆理论推导出暗物质和超光速航行，引起了很多科幻爱好者的关注，而且他们走的比科学更快更远，其中最有名的就是科幻片《星际迷航》系列。剧中描述了一个未来的平行宇宙，时间跨度大约从21世纪中期延伸至24世纪末。在这个平行时间线上，人类于21世纪中期爆发了一场几乎毁灭全球的第三次世界大战。战争结束后十几年，人类进行了第一次突破光速障碍的试验飞行——曲率推进（Warp drive），这意味着人类进入了曲速时代。人类通过曲率推进认识了外星种族瓦肯人，此后的五十年里，人类结束了自身的贫穷、疾病和战争，共同创建了星际联邦，进一步探索宇宙。原来，曲率推进给我们带来了一个如此乐观的未来。

《星际迷航》总共出了6部电视剧、1部动画片和13部电影，在后续的影片中，其中的曲率推进也被演绎的眼花缭乱。超光速已经够神奇的了，竟然还有9级，甚至9.9999级超光速，远超光速20万倍。

在《星际旅行：下一代》第七季电视剧“Force of Nature”中，发现了曲速航行对时空有不利影响，频繁使用曲速航行会造成空间裂缝。这一点也被刘慈欣的《三体3——死神永生》借鉴，书中被称为“航迹”和“死线”。

至于曲率引擎的工作原理，剧中如此描述：“正物质和反物质的反应产生的等离子体会使曲速机舱周边的空间几何结构发生变化，产生曲速场。”

谁能想到，1994年，墨西哥物理学家阿库别瑞为这种超光速旅行背书了。他研究了广义相对论中爱因斯坦方程，提出了一个阿库别瑞度规（Alcubierre metric），这个度规符合爱因斯坦方程。它用一种波动方式展延空间，导致航行器前方的空间收缩而后方的空间扩张，前后所连成的轴向即为航行器的航行方向。

竟然是幻想在前，理论在后。究竟是科学引导了科幻，还是科幻启发了科学？

阿库别瑞度规有些独到之处，虽然它可以超光速，但飞船实际上处于一个平坦的“曲率泡”里，所以不会出现狭义相对论的尺缩钟慢等效应。飞船上的时钟和外界观察者的时钟一样，从观察者看来飞船的质量也没有增加，虽然飞船在他/她看来真的是在超光速航行。

阿库别瑞还指出：即使船在加速，它仍然是航行在自由落体的测地线上。也就是说，利用曲速来加速或减速的船永远处在自由落体状态，宇航员也感受不到一般加速下会出现的强大引力。庞大的潮汐力只会出现在“曲率泡”的边缘。

这实在是星际旅行，必备宝船啊！

刘慈欣的《三体》里面的曲率引擎就是这种阿库别瑞引擎，大刘用一个程心洗澡玩肥皂的故事将其原理更加形象的展示出来。原来，水面存在表面张力，对应于时空的张力，而肥皂（或其他表面活性剂）可以有效的降低小纸船尾部的表面张力，这种前后张力的不平衡，就会推动小纸船前行。

回顾完历史，我们回到提出的问题：1000年内能发明出曲率引擎吗？

其实，关于这方面的研究已经在进行中了。

1996年，美国国家航空航天局（NASA）成立了突破性推进物理计划（Breakthrough Propulsion Physics Program, BPP），其中部分经费支援了曲速引擎方面的推测性工作，这项计划不知道取得了什么样的成果，最终项目在2002年中止。

对于阿库别瑞引擎的工作原理，科学家们也颇有异议。

虽然阿库别瑞度规在数学上是可行的，符合爱因斯坦方程，但其计算结果可能没有物理学上的意义，更无法等同于的能够建造出这种装置。

还有人指出，阿库别瑞引擎的暗示了负的能量密度，因此需要奇异物质才能使用，而这种奇异物质究竟是什么，我们现在一点概念都没有。

阿库别瑞曾经辩称，两个平行的板子之间产生的卡西米尔效应可以满足阿库别瑞引擎的负能量需求。但卡西米尔力是保守力，也就意味着真空零点能必须是有借有还的，根本无法为阿库别瑞引擎提供持续的动力。

还有人指出，虽然阿库别瑞度规没有违反广义相对论，但广义相对论并没有包含量子力学的机制。一些科学家因此认为，虽然广义相对论理论上也允许回到过去的时间旅行，但结合了调和了量子力学和广义相对论的未来的量子引力理论必须包含“时序保护猜想”，也就是说这种时间旅行根本不可能。

看样子，在物理学家发现量子引力理论之前，阿库别瑞引擎是真是假，还未可知呢。

不管怎样，人类还将在科学的道路上继续攀登，所以一步一步来才是正道。在曲率引擎之前，我们还有很多事情要做呢。

在不远的将来，最有希望成为更远外太空旅行飞船推进器的是VASIMR等离子火箭（可变比冲磁等离子体火箭），它最早由华裔航天员张福林于上世纪70年代提出，它不依靠静电场加速离子，而是先将推进剂（氩或氙）加热到100万度，将它们变成离子，再将它们压缩进一个回旋加速器中，这些离子受磁场的洛伦兹力而转圈，调整磁场的方向和频率，给离子不断加速，最终以极大的速度从尾部喷出。

根据这样的设计，VASIMR的比冲将达到3000-50000秒，又提升了一个档次，而且它的比冲可任意调节。它也不会像之前的氙离子推进器那样比冲大推力小，存在短板，而是可以兼顾比冲和推力。这不再是温和的无人飞行器变轨发动机，而是强大的太空飞船推进器，载人星际旅行不再是梦想。

张福林目前已经是Ad Astra公司的总裁兼CEO，专注于等离子体火箭事业的发展，经过十余年的研究开发，他认为VASIMR推进器已日臻完善。Ad Astra公司更是提出了一项“39天到达火星”的计划，火星度假，真的不是梦想！

1960年，美国物理学家巴萨德提出了一种冲压发动机，他在飞船头部设计了一个巨大的漏斗，其中有一个巨大的磁场，用以将星际尘埃粒子收集起来，传递到发动机内部，作为核聚变发动机的原料，核聚变产生的辐射作为动力从尾端发射出去。就这样，星际尘埃从拦路虎变成了原料仓库，而且是取之不尽用之不竭的。人们设想，有了这样的飞船，人类将很容易将飞船加速到亚光速。在人类的有生之年，星际穿越也不再是梦想。

有一部科幻作品《宇宙过河卒》（Tau Zero），讲的就是一个利用巴萨德发动机的飞船失控了以后，一直飞到了宇宙尽头，其中探讨了宇宙中的人性观、时空观，以及……男女观，的确很有意思。

华丽总结：

曲率引擎能否研发出来，要看未来的量子引力理论。如果未来的量子引力理论不支持阿库别瑞度规，那么阿库别瑞曲率引擎一万年也搞不出来，或者需要去找新的方程的解，发明其他原理的曲率引擎。

如果阿库别瑞度规也可以很好的被包括在未来的量子引力理论中，那我对人类有信心！

在另一个平行宇宙的《星际迷航》里，曲率引擎是在2063年初次试飞的。我想，本平行宇宙里的我们，不会比他们差太远吧？