曲率引擎，虫洞！最新研究成果：超光速旅行确实能够实现

宇宙实在是太大了。距离太阳最近的恒星系也在4光年之外。以现在的化学火箭技术，到达最近的比邻星要五万年以上。其实别说去比邻星，就是遨游太阳系，用化学火箭都很难。理论上来说，核聚变火箭能把飞船加速到光速的百分之五左右，即便如此到达比邻星也要一百年的时间。这就是为什么科幻片里要有人类休眠技术，毕竟旅行时间太长了。

旅行到比邻星的时间

当然，有些科幻片较为激进，比如《星际迷航》（Star Trek）里，就使用曲率引擎，能以超光速进行星际航行。还有一些科幻电影采用了虫洞的概念。虫洞能连结不同的时空，也就是所谓的时空隧道，相当于抄近路到达。比如电影《星际之门》（Stargate）就有这样的设定。

电影《星际迷航》中企业号（Enterprise）开启曲率引擎的场面

这里要解释一下，同为超光速技术，曲率引擎和虫洞的不同。当你处于曲率引擎驱动的飞船里，你还处于正常的时空当中，能和外部世界发生联系。假如飞船前面有一颗陨石没有躲开的话，你的旅行就结束了。而虫洞则相当于打开了高维空间的维度，进入另外一个时空。在虫洞中你是没法和我们通常所在的世界发生联系的。最近，接连有德国科学家在曲率引擎和虫洞方面做出了突破，让这两个概念具备了变成现实的可能性。在讨论德国科学家的进展之前，让我们先检视一下超光速的概念。

电影《星际之门》中的虫洞

有人或许对科幻电影中这些超光速旅行的概念嗤之以鼻，认为“幻”多于“科”。但实际上，无论是曲率引擎还是虫洞，从理论上都没有违反爱因斯坦的相对论，或者说这些概念其实都是成立的。

爱因斯坦的相对论公式

我们都知道，爱因斯坦的相对论，要求所有的物体运动及信息传递，不能超过光速。所有静止质量为零的物体以光速运动能量将为无穷大，因此只能接近光速不可能达到光速。那么超光速旅行为什么又是可能的呢？这属于自相矛盾吗？首先我们要澄清一下，爱因斯坦相对论中的光速限制到底是怎么一回事。

相对论中的观察者与参照系

在相对论体系下，要求有参照系和测量者。在测量者的邻域中，其观测到的物体运动或信息传递不能超过光速。但在宇宙中，超光速事件也是实实在在地存在着的。比如量子纠缠的速度，其下限超过光速一万倍以上。当然，量子纠缠并不能传递信息，因此没有违反相对论

大爆炸之后发生了宇宙的暴涨

再有，当宇宙大爆炸发生之时，有个暴涨阶段，在大爆炸发生10-35秒之后，大约10-32秒的时间内，宇宙膨胀了1026倍，速度远超光速。但这也不违反相对论，因为这是空间的膨胀，并不是物体的运动。总之，超光速事件的发生与相对论并不矛盾。

《星际迷航》

曲率引擎其实是个相对古老的概念了，最早由美国科幻小说家约翰·坎贝尔于1957年的小说《太空岛》（Islands of Space）中提出。1965年起上映的电视剧《星际迷航》采用了这个概念。到了1974年，正在攻读博士学位的墨西哥物理学家阿库别瑞受到《星际迷航》情节的启发，思考能否真的设计出曲率引擎。因此，曲率引擎的概念，可以说科幻先行，科学跟上。

阿库别瑞引擎造成空间压缩与扩张

阿库别瑞的想法很简单，就是压缩飞船前面的空间，同时扩张飞船后面的空间，飞船本身还是以低于光速的速度飞行。按照相对论，空间是可以扭曲的。压缩了飞船前部的空间，等效于减少了飞行的距离，看起来就是超光速了，其实飞船本身的飞行速度并没有超光速。

暗能量造成了宇宙的膨胀

想法虽好，但问题在于，如何实现对空间的压缩。按照阿库别瑞的推导，需要利用“负能量”（negative energy）。那么这个“负能量”又是什么呢？在一些物理学模型里，“负能量”被用来描述我们常说的暗能量，正是暗能量造成了宇宙的膨胀，因此可以利用负能量来实现对空间的压缩与扩张。但是问题在于，暗能量本身就是未经证实的概念，负能量是不是真的存在还不知道呢，更不要说如何利用负能量。在负能量无处可寻的情况下，阿库别瑞引擎只能是一种理论上的可能，不具备实现的条件。

德国哥廷根大学的埃里克·楞次博士

就在前不久，德国哥廷根大学的物理学博士埃里克·楞次（Erik Lentz）发表了一篇论文。他发现，阿库别瑞推导出来的引擎，其实只是空间压缩的一种特殊实现，相当于线性压缩。如果把压缩模式改成双曲线（hyperbolic），则所需能量就变成正的了，无需负能量，从而具备了实现的可能性。不仅如此，他还提出了使用等离子体（plasma）和电磁场来实现空间压缩。

曲率引擎

理论上的可行性问题解决了，曲率引擎能实现吗？假如构建一个直径100米的空间，在其外部实现空间压缩与扩张，按照楞次的推导，需要的能量相当于100个木星质量，或者十分之一太阳质量。你觉得这么大的能量是多还是少？反正远超人类目前能达到的水准。

曲率引擎飞船中的景象

但不管怎么说，楞次的工作将曲率引擎从概念到现实推进了一大步。这说明在曲率引擎的实现方式上还有很多空间可以探讨，或许能找到更省能量的曲率引擎实现模式。假如在不远的未来将能量需求降低到核聚变的水平，则曲率引擎就变得可望可及了。

虫洞

无独有偶，最近德国奥尔登堡大学的何塞·布拉兹开兹-萨尔赛多博士发表了一篇文章，声称可以用正能量来实现虫洞，而这之前的虫洞实现方式也需要负能量。正像历史上多次发生过的那样，很多重大发现由不同的人在相近的时间点做出。这说明超光速旅行确实在朝向靠谱的方向发展。目前埃里克与何塞已经开始联络，看看未来能否联手实现更多进展。

《星际迷航》中的凤凰号是第一个试验曲率引擎的太空船

按照《星际迷航》设定，第一次曲率引擎的测试发生于2063年，在这之前发生了第三次世界大战。到了24世纪，曲率引擎成了星际航行的标准模式。让我们锻炼好身体，争取活到2063年，看一看《星际迷航》这部神剧，能否也是科技发展的神预言。