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《三體》航天考,曲率驅動( 二 )

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在《三體3：死神永生》中，使用曲率引擎驅動，飛船應如何正確脫離光速？
【《三體》航天考,曲率驅動】

《三體》航天考,曲率驅動


我們從從曲率驅動和光速飛船開始 。在講之前要先給大家普及一點狹義相對論的知識，很多人都聽到過，根據相對論，光速是任何物體運動的極限速度，講的更準確一點兒就是任何信息和能量的轉播速度都無法超過光速 。這個結論是怎么得出的呢？簡單來說，在狹義相對論中，物體的質量會隨著運動速度的增大而增大，我們都知道，根據牛頓第二運動定律，物體的加速度等于受到的力除以質量，如果加速度恒定，那么質量增大，給物體施加的力就必須也增大，于是，如果物體的速度要達到光速，那么質量就會是無限大，力也必須無限大，對不起，宇宙中不存在無限大的力，所以物體的速度永遠不可能達到光速 。
但是在《死神永生》中，提到了曲率驅動引擎，這種引擎的工作原理繞開了牛頓第二定律，驅動飛船產生速度并不需要力，而是空間本身被拉扯了 。打個比方，我們把空間想象成一張地毯，飛船擺放在地毯上，曲率驅動就是飛船本身并不動，而是拉扯地毯，使得飛船移動，因此飛船也就沒有加速的過程，直接進入光速 。在小說中，人類觀察到三體第二艦隊就是這樣直接進入光速的，沒有任何加速的過程 。
這個原理在目前我們人類已知的科學理論中是否站得住腳呢？根據我的調研，雖然有一些物理學家認為該方案可行，但主流的聲音是否定曲率驅動的 。首先，空間會有曲率這個沒有爭議，根據愛因斯坦的廣義相對論，時空是可以被彎曲的，這已經是一個經受住了嚴苛的物理實驗檢驗的客觀事實了 。換句話說，假設A星球和B星球原本相距1光年，但由于某種原因，導致AB星球間的時空被彎曲了，那么理論上，它們之間的距離就會小于1光年 。
于是，在1994年，有一個物理學家叫阿爾庫貝利提出了一個氣泡飛行方案 。他說，我們可以設法使空間的某個區域極度彎曲，形成一個時空氣泡，這個氣泡就可以在空間中以任何速度移動而不違反相對論，飛船就藏身于這個氣泡中，這樣就實現了飛船的光速甚至超光速飛行 。根據計算，這個氣泡在移動的過程中，空間在氣泡的后面膨脹了，在氣泡的前面縮小了，這個就很像大劉在小說中描寫的曲率驅動，程心也是看到肥皂驅動小船前進時猛然受到啟發 。
但進一步的計算表明，根據廣義相對論的方程，維持這個氣泡需要負能量 。負能量是存在的，在物理學中有一個著名的效應叫做卡西米爾效應，就是在兩塊很大的平行金屬板之間，由于量子漲落會出現極為短暫的能量不守恒現象，其原因就是真空中會憑空產生電子和反電子，他們會向真空借能量，然后又迅速地互相湮滅歸還能量，在從產生到湮滅的這段短暫的時間中，真空就出現了負能量，但持續的時間及其短暫 。
繼續的計算又表明，阿爾庫貝利氣泡速度移動的越快，就需要越大的負能量，氣泡中包含的質量越大，也就需要更大的負能量，最終的計算結果是，如果想要用這種方式驅動一艘普通的飛船達到光速，那么需要的負能量比宇宙中已知的總能量還要大，這顯然不可能啊，根本就沒有這么多能量可以借的 。但還是有一些科學家不死心，比如2013年有一條被廣泛轉載的新聞，說美國宇航局的哈羅德?懷特博士和他的研究小組試圖創造一個阿爾庫貝利氣泡，使得氣泡中的一個光子實現超光速運動，但這項研究不了了之，再沒看到下文了 。

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