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曲率引擎可能实现么?这是一种什么样的存在?

2016-03-11数码

关于曲速引擎「 的原理 」有许多精彩的论述。

但实际上,曲率引擎是 不可能实现的

超空间这一概念令人绝望的模糊。

尽管爱因斯坦的理论(貌似)支持了其中一些做法,但曲率「引擎」从来就是 科幻作品 的产物,而并非 科学 的产物,基础物理学多次给出了(具体技术)不可能实现的原因。

以上几句话不是我原创的,是我 扩写 自NASA天体物理数据系统(ADS)所收录的【星际旅行前景】(Prospects for Interstellar Travel) [1] 这本书。

Prospects for interstellar travel - NASA/ADS (harvard.edu)

请思考一下:星系级别的航天器,要跨越秒差距、(千)光年级的距离,该怎么办?

千方百计,无非两种思路:

  • 超时间
  • 超空间
  • 尽管有「时间存不存在」等釜底抽薪的争论,恰如哲学界探问「世界的本原是什么」,此处不纠结这些,只是简单讲曲速引擎,我们只做通识化讨论。

    换言之,要么使速度越来越快;要么「使距离越来越近」。

    问题是,无法超过光速,在银河系还怎么混?

    于是 科幻作家们 想到了一条好消息!

    广义相对论描述了这样一种引力理论,认为物质和能量会扭曲时空结构。

    这个理论给了「距离越来越近」一点基础。

    然后, 科幻作品 在考虑如何打造银河村的时候,讨巧的选择了「超空间」实现路径,诞生了「 魔法般的飞行器 」(【宇宙的结构】 [2] ),比如著名的阿库别瑞引擎。

    以这样的线索,你就可以发现,我们很多人对「曲速引擎」(曲率引擎)大加描述,但实际上说的都是「广义相对论」,根本不是那个魔法「引擎」。

    既然题主明确的问「这个引擎能不能实现」,那么在狂欢后,我想请大家看到科学家们的思考。

    首先,最重要的是:仅仅知道「时空曲率」是不够的, 科学家压根不知道这是啥玩意,如何开始设计这种机器。

    我们的时空只有在接近恒星时才会产生 轻微的弯曲 ,以产生引力效应而已。

    看到这,你可能会下意识想到:啊,原来是科学家不知道怎么开始,那么就像一百年前科学家不知道电脑一样, 未来说不定实现了呢

    并非如此。

    相信我,要论想象力,物理学家可能没有科幻作家那么有趣,但他们绝对够深刻。涉及到原理性问题,某个原理能做什么、能实现到什么程度,现实与想象之间就有了无限长的路要走。

    因为我也喜欢写点东西,所以很快就有个乱七八糟的剧情在脑子里诞生了,举个粗鄙的例子:

    根据观察者效应,我发明了「 最高观察者探测器 」,成功寻找到宇宙至高观测者(如【泽利】)。

    为了成为宇宙主宰,我要杀死这位上帝,于是我制造了「 薛定谔之箱 」。

    但上帝进入叠加态,还不能明确我把他杀死,于是发明了「 量子退相干观测仪 」。

    在证实上帝已死之后打开箱子。bingo~人类杀死上帝!!!

    这都什么乱七八糟的?你要问我哪跟哪跟哪,到底咋实现的。

    不知道。

    反正我有了「人类杀死上帝」之实现路径,甚至第一步我就能找出「上帝」。

    我太厉害了。

    我打算留给科学家去设计,奈何科学家十分委婉的告诉我:「 不可能(gun)!

    NASA:利用曲速引擎实现光速或者超光速旅行是不可能的

    所以,一定要注意脑洞和科学的区别,很多现象,人类能够认识, 但不一定能如科幻般运用

    哲学始终在论战「可知论与不可知论」,可从没有人争辩「可用论与不可用论」。

    因为并不是我们 发现了 引力的作用,就一定可以 发明出 「魔法机器」并「消除引力本身」,让整个宇宙进入「无引力状态」,这是哪哪都不挨着的乱想象。

    曲率引擎只是科幻作品要解决星系「大跨度」问题,采用了「超空间」思路,拉来了「广义相对论」背书。然后像我一样在脑中发明了XX器、XX仪。

    假如人类真有这种神奇东西,爱因斯坦自己的说法是:

    warp drive requires an impossible premise.

    爱大爷:emmm你们要这样说的话,它需要 不可能的前提。

    简单说,太阳的超大质量,在太阳附近弯曲了空间,但甚至都 没缩短太阳和地球的距离

    那么请问要多大的质量和能量,才能让航天器从银河系这头kucha!一下蹦到那头?

    有一位叫Miguel Alcubierre的物理学家想到了解决方法,也就是【星际迷航】的方法,前面提到的阿库别瑞引擎 [3] ,在曲率泡内飞船没有真的移动。

    他的理论不是真的解决爱因斯坦提出的「不可能前提」,而是又补充了另一个不可能的前提,用他的原话说——需要 奇异物质(exotic matter)。

    大量大量的负能量。

    前文我们已经讲明白了,即便解决这一前提,比如人类获取、储存了,甭管怎么实现的吧,反正有大量负能量。 也只是提出了另一个理论假设,而不意味着就「搓出了空间冲浪板」

    因为阿库别瑞或许提供了一个数学模型,而这个模型没有物理学意义。

    简言之,说得通,行不通。仅仅在理论上也布满争议。

    关于曲速引擎的设想,其实都 不可能

    为了严谨一些,我加点定语扩写一下:

    关于[目前科幻作品中所描绘的]曲速引擎,[最初的和最流行的]设想,其实都 不可能

    基于此,有一个有趣的问题,又带给我们了。

    超空间、超时间,都不可能,甚至一个比一个奇怪,那么人类还能否建立星际文明?或者与银河系其他文明通讯?星级文明到底是什么形态的?

    在这样的条件下 ,更合理的认识是:

    形成与地球保持联系的星际帝国是很困难的,并且其他文明也大概率不会形成广泛帝国,文明传播更好的猜测是——非常缓慢

    此外,还有关于「外星文明数量的谨慎估计」,不在此文讨论。

    基于以上种种,我本人一直认为,人类亲自探索出恒星际航行的奥秘、和外星人光临地球传授给人类知识,这两条路径的实现概率是差不多的。

    或许会有一种「可参与星际文明」的「分发形式」?

    乱想的哈。我没有贬低人类文明的发展前景,不过确实抬高了外星文明的参与可能。

    我知道还会有人皱眉:许多科技进步过去看都不现实,你现在看未来,是不是太武断了?

    大误会啊同学们,人类绝对绝对需要开放的精神和头脑。

    我自认为看过不少科幻作品,也很满足它们带给我的快乐,从没有要跟科幻小说抬杠的意思。

    但是各位知道吗?美国科幻小说的黄金年代离今日甚远,那时候幻想的跨星际航天,最普遍的设备是什么「微波炉、电线、管道、投影仪、全是文字的显示器...」

    而今天呢?早就可以做的更好了。

    我想说的其实是:话题限定在曲率引擎,我们在讨论曲率引擎,而真正重要的东西,往往不是现在能确定的。真正好的办法,我们现在还不知道,也不该是我们现在知道的。

    曲率是存在的,但 现在所说的曲率「引擎」是不可能的 ,不只是量的问题。

    是我们的路径被客观条件限定在了当下。

    爱因斯坦的前提,是理论前提,不是唯一前提(比如工程前提、材料前提、应用前提等等)。

    单纯解决理论前提就需要什么?

    全太阳系的能源也不够移动一点点, 可能起码需要曲率引擎吧(哈)

    也就是说,以科幻小说设定的曲率引擎,需要至少达到曲率引擎级别的东西(不管叫什么了),才「有可能」(仅仅是可能)获取远超星系级别的巨量能源(不管是暗物质还是什么神秘的东西了)。

    而要制造可用的曲率引擎,又至少需要巨量能源这个前提。这时候所谓的多大量已经不重要了。

    因此,光爱因斯坦的前提就是不可能的,所以爱因斯坦说这是「不可能的前提」(噗)。

    这有点像什么呢,像是公元前的人类想象:

    未来的交通工具应该是三百万匹骏马拉超级快车。

    一定跑的飞快!巨远!贼有劲!

    很多当时的「科学家」就说了,啊!那可真需要非常多的马呀!

    可问题不只是马够不够多 ,而是要继续研究:什么样的车、绳、工程、马夫可以做到。

    真的快吗?不一定。安全吗?不安全。

    A说:不可能,能连接三百万匹骏马的大车该怎么设计怎么做?该怎么行动怎么跑?

    B说:不可能,你想要那么快的车,至少需要三百万匹骏马。

    嘿,闭环了。彼时彼刻,恰如此时此刻。

    从理论上讲 ,三百万匹马还真有可能那么强劲。

    问题不出在最后人类能找出多少匹马,而是出在这种车怎么设计怎么制造、怎么行动怎么跑、怎么造路怎么实验、怎么应用怎么成熟、能跑多远能拉多少人...尽管这听上去酷极了。

    因此,我当然不会在文中咬死了说「人类到灭亡也做不出三百万匹骏马齐奔跑的超级大车!」

    我又不是神棍,所以只能出于科学态度的讲:

    现在用高铁。

    理解这一点,你再回想超级马车。

    超级马车能造出来吗?我依然说不可能。

    而且,尽管不存在多少绝对真理,但至少今天我敢断言:

    人类2050年也造不出来三百万骏马的超级大车。

    那么人类长途之路锁死了吗?没有呀。我们有真车、有飞机、有高铁...这玩意谁敢想啊?

    尽管未来也做不出超级马车,但那已经不重要了,也不需要了。

    这篇文章旨在说明, 曲率引擎只是现在太流行了,看上去太酷了。

    我们现在能想到的,纯属想多了,只不过是有眼下的理论供人幻想罢了。

    星际航行是人类目标。曲率引擎?那算个啥。

    未来的未来,可能会有真·超空间解决方案, 叫不叫曲率引擎不重要,我说的只不过是今天科幻作品中所谓的「曲率引擎」。

    你愿意的话,当然可以把高铁继续称作「超级马车」,那个「过去」的人类超级工程。

    今天的车路叫马路,未来的太空通道可能叫「曲路」等等等等。

    最后,希望可以有这样的理解:

    即便人类已经发现了支持超空间旅行的材料,我们现在也还不知道。

    因为没有实践到那一步。

    所以我做出总观点:对于这些遥远到虚无缥缈的事情,只有探索和积累,实践并发展。

    而不是先抛出一个玩意,说它可以怎样,但怎么看都「不可能」。

    关于未来,我们能想到的,或许是不可能的。

    而我们今天想不到的,才是最有可能的。

    参考

    1. ^ Mauldin J H. Prospects for interstellar travel[J]. NASA STI/Recon Technical Report A, 1992, 93: 25710.
    2. ^ Green B. The fabric of the cosmos: Space, time, and the texture of reality[J]. Journal of chemical education, 2005, 82(6): 822-823.
    3. ^ Alcubierre M. The warp drive: hyper-fast travel within general relativity[J]. classical and Quantum Gravity, 1994, 11(5): L73.