超光速旅行真的可能嗎

2023-03-27 15:27:19

早在克林貢帝國反擊，星際聯邦聯合之前，艾薩克·阿西莫夫(當代美國著名小說家)撰寫了記錄銀河帝國由盛轉衰史詩故事的Foundation。阿西莫夫的帝國由兩千五百萬個星球組成，它們由在銀河系中穿梭的飛船緊密聯繫起來。

那麼這些飛船使如何穿越星際的呢？很明顯，阿西莫夫在他的Foudation中解釋為通過在多維宇宙中躍遷實現：

在三維空間中是不可能以超過光速的速度航行的…這意味著即使是十分臨近的兩個可居住星球之間的移動也需要數年的時間。而高維空間是一個難以想像出的領域，它既不是空間或時間，也不是能量，或許存在什麼或者什麼都沒有。通過高維空間，我們可以在一瞬間穿過整個銀河系的長度。

媽蛋，阿西莫夫到底再講什麼鬼！他知道什麼是超光速旅行的秘密理論嗎？他確實一點也不懂，阿西莫夫使用了一項偉大的科幻界傳統：當在寫小說時寫到一個情節不符合現實中已存在的理論時，無視理論隨便瞎編點啥用羅曼糊弄過去吧。

你永遠也無法打敗光速

事實上，超光速旅行是不可能的，建立銀河帝國，聯邦，聯盟或者任何可以橫跨銀河系的文明都是不可能的。但這也太不浪漫了，為了避開宇宙速度極限的限制，科幻界創造了「曲速引擎」「高維空間」「子空間」以及其他的如今已經廣為人知的詞語，當看到這些詞語時，標準的科幻迷肯定不會把它們想成別的涵義。

宇宙速度極限是由光決定的

我們為什麼就是沒辦法超過光速呢？人們討論的「音障」是指：物體速度超越音速時打破的屏障，但光速是一個更難超越的屏障。科學家們在19世紀發展了光的理論，它帶來了一個特別的謎題：光的理論看起來告訴我們每一個觀察者應該會測量出相同的光速，即186,000英裡每秒。但這意味著如果你試圖抓住一束光，不論你跑的多快，光束將始終以186,000英裡每秒的速度遠離你。並且更令人驚奇的是如果你以99%的光速移動，而你的朋友仍然站在原地，你們倆人都將觀測到完全相同的光速。

當時的許多科學家並不十分相信這個奇怪的預測，美國物理學家阿爾伯特·邁克耳孫(以及他的合作者愛德華·莫理)開始測量由於地球在宇宙中的動量變化而導致的光速變化。但他們有名的Michelson-Morley experiment 邁克耳孫-莫雷實驗發現光速並沒有任何改變。從它們和地球的運動方向相同或相反方面，光速將會始終不變，而從另外一些方面——這可是一個罕見的沒有發現比有發現更重要的例子。

愛因斯坦和相對論

愛因斯班沒有試著去解釋使什麼導致光的這種詭異的性質，而是僅僅試著去接受它。他建立了一整套理論，稱作special relativity狹義相對論，它的中心思想是不論任何人以任何速度相對於光移動著，他們測量出的光速都是相同的，。為了使光合理的擁有這種行為，愛因斯坦的理論預言時間和空間會因為某人以不斷增長的速度移動分別被拉長和壓縮。並且狹義相對論產生了宇宙速度極限：任何物體的速度都不可能超過光速。

相對論是所有現代物理的基石，我們沒有理由去懷疑它——沒有人觀察到能超光速運動的物體。這裡有一個需要注意的小細節「愛因斯坦所指的速度極限是光在真空中的速度。當光穿過例如水或玻璃的材料時，它的速度會減慢，這就物體使超過這個減慢的速度成為可能——所以，極限速度當然得取決於真空中的光速。任何物體在水中或玻璃等物體中以超光速運動會產生發光的等效音爆，被稱作Čerenkov radiation切連科夫輻射。就是它使水下核反應堆發出迷人的藍色光芒。

但是關於曲速引擎…

在所有試圖擺脫愛因斯坦速度極限的努力中，看起來有道理的也許是理論物理學家Miguel Alcubierre的「曲速引擎」。Alcubierre的建議是試著不去違背宇宙極限速度，而是和它共存。試著在一個油膩的平底煎鍋上倒滿水，而後在水面上滴入一滴肥皂水。油滴就開始朝的鍋沿那邊移動(補充：首先油水不相容，但加入肥皂水之後，水面的曲率狀態不再均勻，油滴由於水面曲率的變化而發生了移動)。

Alcubierre的曲速引擎說的是就是空間其本身。Alcubierre表示通過一個合適的物質分布，你可以在你的宇宙飛船前壓縮空間，之後在飛船後拉伸它，在飛船外創造一個小小的泡泡使你想移動多快就有多快。由於空間在飛船前是壓縮狀態，飛船將不可能絕對意義上的比光速還快。事實上，飛船對於曲速泡泡來說是相對靜止的，而在飛船裡的人甚至感覺不到任何的加速。讓我們來談談平穩行駛可行吧！

這兒只有一個小小的問題…Alcubierre的空間曲速僅僅在違背「弱能量條件」時產生。科學家們無法證明弱能量條件是正確的，而違反這一條件將會產生許多奇怪的現象，比如負能量密度，蟲洞和時間機器的存在可能。聽起來很酷不是嗎？但事實上我們從未發現任何違反弱能量條件的現象存在。所以Alcubierre曲速引擎可以說在物理學的模糊地帶佔據了一席之地，它並不被所有人認同，也不是完全的胡編亂造。

我們人類最終將如何抵達別的星球？寫著「超光速旅行」的大門已經「砰」的在我們的面前摔上了。我們不得不開始繼續尋找別的途徑啦！撒~目的地使星辰大海！繼續努力吧少年少女們！