星艦企業號有譜 科學家提出符合物理定律的「曲速航行」

科學家正在完善「曲速航行」的理論，或許有一天，星艦企業號會真實穿梭在銀河當中。(圖/star trek )

人類常常在思考，浩瀚的星海里有多少奇特的世界？然而太空實在太廣大了，羣星之間的距離都以「光年」來計算，也就是說，即使飛行的與光一樣快，到達其他星球也都是幾年，甚至幾千年的時間。既然如此，科幻作家只好發明出超越光速的航行法，科幻影集「星際爭霸戰」(STAR TREK)當中的「曲速航行」(warp speed)是最有名的一種。值得高興的是，有一些科學家一直試着建立曲速的理論，最新的說法，曲速可以符合現有的物理定律，並非完全不可能。

「太空，人類的終極邊疆，星艦企業號的旅程....」，美國科幻劇「星際爭霸戰」從上世紀60年代開播，至今已經超過50年，並衍生成一個龐大的故事體系，還啓發了當年許多小觀衆，以「發明企業號」爲職志。1994年一位名叫米格爾•阿庫別瑞（Miguel Alcubierre)的墨西哥籍科學家，提出了不違反愛因斯坦相對論的曲速理論，稱爲阿庫別瑞測算(Alcubierre metric)，這是第1個曲速航行的理論。這套理論的想法是，在星艦周圍形成一團不同於尋常空間的力場，壓縮前方的空間，並拉伸後方的空間，這樣的環境稱爲「曲速泡泡」(Warp Bobule)，即可形成高於光速的移動。但問題在於，這套算式在現有的物理學是不成立的，它需要用大量的負能量來穩定算式，雖然負能量有可能存在，但根據現有物理學，這根本不可能實現。

阿庫別瑞的曲速航行理論，太空船之前是壓縮前方的空間，再將後方的空間拉伸。(圖/newatlas)

但是古典和量子引力(Classical and Quantum Gravity)網站，最近有2篇不約而同的論文，都認爲要達成穩定的曲速場，可能不需要用到負能量，已知的「重力」就可以達成。

瑞典隆德大學(Lunds universitet)天體物理學家亞力克西‧鮑伯瑞克(Alexey Bobrick)說：「我們認爲阿庫別瑞的研究方向是對的，只是他把問題想複雜了，急着要平衡時間曲率。其實重力本身就能彎曲時空，只是需要的引力場將要非常大。」

冷次設想不同太空飛船的「曲速泡泡」壓力值。(圖/哥廷根大學)

鮑伯瑞克的論文認爲不需要負能量，但將需要一個非常強大的重力場，重力可以極大地彎曲時空，彎曲空間可以使太空船以數倍的速度前前，卻又不會造成明顯的雙生子悖論。

他說：「經過計算，如果我們將整個地球的質量，壓縮到一個直徑10公尺的球殼裡，那麼對它內部時間的校正仍然很小，1年大約只增加1個小時。」

該研究的另一個有趣發現，涉及曲速太空船的合理形狀，較寬，較高的船，將會長而細的船需要更少的能量，也就是說，曲速太空船可能不是流線型。

幾天後，德國哥廷根大學(University of Gottingen)的艾瑞克·冷次（Erik Lentz）也發表一篇相當類似的論文，他也認爲「曲速泡泡」不需要負能量就可以建立。

冷次認爲，某些形式的時空泡泡可以用孤波(soliton)的情況擴散，這是一種相當緊湊的波，以恆定的速度傳播，卻不會變形。他認爲如果曲速泡泡在這種情況下，是可以穩定維持，也就不必負能量來平衡。

冷次在一份聲明中說：「這項工作使超光速航行的問題，可由基礎物理學的理論來填補，或許在未來成爲工程學的基礎。」

當然，要達成這樣子的空間扭曲很不容易。冷次表示，若要爲一艘直徑200公尺寬的太空船產生一個曲速泡泡，所需能量大約是木星質量所含能量的100倍。

另外，下一個重要的研究是，重力場造成的孤波，在自然界存不存在?冷次認爲，如果理論正確，中子星的重力應該會造成明顯的重力場孤波，或許中子星附近的電漿體流動的型式，可能是尋找正能量孤波(positive-energy solitons)信號的自然場所。