曲速引擎是什么？有了它就可突破光速的极限，人类将开启星际旅行

虽然人类迄今为止到达的除地球之外的唯一一颗星体就是月球，但这并不妨碍我们的星际旅行。对宇宙丝毫的向往。我们想象太阳系外还有另一个类似的星系，也有和地球一样孕育生命的行星，甚至还有我们一直想知道的外星人生活在上面。我们设想，有一天人类可以实现星际旅行，到达宇宙中任何一个他们想去的地方。

这个幻想已经被很多电影给我们实现了。近几年，关于太空的电影都火了，比如《星际穿越》、《星际迷航》、《星际救援》等等。然而，电影是电影，现实是现实。真实情况是，人类航行最远的航海者号目前还没有离开太阳系。

当然，这不妨碍我们继续向往明星旅游。“曲速引擎”在电影中被频繁提及，它可能是我们实现梦想最有利的工具。有了它，我们就可以实现自己的愿望，突破光速人类将踏上星际旅行。

星际电影剧照

星际航行的难关

人类要想实现星际旅行必须克服三个基本困难。首先是燃料，我们目前的航天器混合使用太空煤油、氢气、太阳能和核能。在地球上发射时，利用航天煤油和液态氢的燃烧产生巨大的推动力，达到第一宇宙速度，将航天设备送入太空。

地球周围的卫星在进入自己的轨道后利用引力维持自转，依靠太阳能维持其上电气设备的运行。如果需要离开地球前往太阳系其他恒星，必须达到第二宇宙速度才能脱离地球的引力范围。

在此过程中，光靠太阳能是不够的，飞船会开启自己的核能系统。理论上，核聚变和裂变可以无限循环，但实际上会存在能量损失。航海者号为了后期节省能源，不得不选择关闭自身的几个系统，从而与地球失去了联系。可见我们还没有提供星际能量的技术。

人类宇宙飞船

第二是推进，我们在地球上可以用燃料来推进，但是在宇宙真空中，燃料无法燃烧，如何提供巨大的推进力呢？这可以通过利用其他恒星的引力来实现。

美国2011年发射的宇宙飞船Juno利用木星引力达到73.6公里/秒的速度，成为人类历史上最快的太空飞行。而太空中还有无数比木星还大的恒星，我们在飞越它们的过程中可以利用它们的引力。

美国朱诺

终于快上了。朱诺每秒可以飞行70多公里，但这个速度在太空中不值一提。离我们最近的恒星星系是半人马座，距离我们4.3光年。即使我们达到光速，也需要四年多的时间，来回需要10年左右。

因此，对于星际航行来说，达到光速只是基础，只有超过光速才能实现自由旅行。对于人类来说，我们离光速还很遥远，更别说超越光速了。

这三个问题中，人类只勉强解决了驱动力的问题，剩下的两个问题根本无解。

朱诺的速度在宇宙中不值一提

超越光速

虽然人类没有办法超越光速，但光速之外的世界可以根据现有的理论进行推测。真空中的光速为3×108m/s，即每秒8亿米。

根据爱因斯坦的狭义相对论，真空中的光速不会因运动系统不同而发生变化，因此具有稳定性，成为瞬息万变的宇宙中唯一不变的物质。天文学家把它作为测量距离的工具，光年就成了宇宙中距离的单位。当然，光速并不是宇宙中最快的速度。与宇宙膨胀的速度相比，还是逊色不少。

但这并不影响它作为人类追求速度的参照物，它已经成为了人类心目中的速度天花板。如果一个人的旅行速度超过光速会怎样？

光速主题图

物理学家针对这个问题提出了无数假说，最终达成共识，人类将回到过去，穿越时空。穿越者可以回到过去的任何时间，遇见史书上的人物，秦皇汉武唐宗宋祖。生物学家提醒，穿越虽好但伤身。我们的身体组织可能无法承受光速。如果不是真空环境，超轻旅行会与空气中的各种颗粒摩擦。在时空隧道中撕裂。

于是人们幻想如果自己固定坐在宇宙飞船里，穿上宇航服超光速飞行，身体就不会害怕高速粒子的摩擦，从而到达宇宙的每一个角落。

目前已知宇宙年龄约为140亿年，并且还在不断膨胀，直径达960亿光年。恐怕就算达到光速，也看不到宇宙的尽头。但天文学家表示，前往宇宙边缘是有可能的。

时空隧道的想象

虫洞

虫洞是连接两个不同时空的隧道，又名爱因斯坦-罗森桥，最初由奥地利物理学家路德维希提出Flamm提出了这个概念，后来被爱因斯坦和罗森提出假设。到目前为止，人类还没有发现真正的虫洞，一切都停留在假设阶段。

虫洞连接两个遥远的时空。例如，如果你在1:15进入虫洞，你将在1:15离开虫洞并到达另一端。为什么会这样？原来，虫洞相当于一个巨大的漩涡，由恒星自转和引力组成。

海里好像有一个漩涡。人们掉入马里亚纳海沟后会很快被卷入其中。如果人自动下沉，要花很长时间才能到达沟底。

虫洞假想图

物质进入虫洞后，在这些恒星的作用下，速度达到光速级别，虫洞内部的高速旋转会扭曲其隧道内的空间。天文学家甚至假设它与黑洞同时存在，会吞噬进入其中的物质，因此虫洞不适合作为星际航行的工具。

不过，虚拟虫洞给了天文学家一个启示。为什么我们不能模拟一个类似虫洞的存在？使得地道内的引力没有那么巨大，却也能将两个空间串联起来。理论上是真的有可能，那就是物质的速度需要加速到光速甚至超过光速。好像又回到了最初假设的起点，不过这时候我们需要一个装置。

穿虫洞模拟图

曲速引擎

曲速引擎是一种经常出现在科幻作品中的速度推进装置，用于将飞行器的速度提高到超过光速.这也是一个很年轻的概念，是墨西哥天文学家MiguelAlcubire在1994年提出的。扭曲时空，导致物质前面的空间收缩，后面的空间膨胀，包裹在这个“弯曲泡泡”中的物质，可以在不违反相对论的情况下以超光速飞行。

科幻作品中出现的曲速引擎

曲速引擎并不是直接加速物体本身，而是扭曲周围的空间。扭曲的空间会产生巨大的磁场。里面的物体超过了光速的极限。宇宙中的空间并不像我们想象的那样平坦。相反，它可能具有多个维度。扭曲的时空会形成类似虫洞的隧道，其中物体高速运动。

如果航天器有这样的引擎在这个装置中，它相当于在飞行过程中制造了一个类似的“虫洞”，让时空之间形成涡桥，从而实现星际旅行。

但是曲速引擎不是那么容易造出来的，就算有，人类也不能为所欲为，因为宇宙太大了。

建造曲速引擎非常困难

曲速引擎的可能性

曲速引擎可以扭曲空间，所以这个过程需要巨大的能量，人类应该如何利用能量为引擎提供动力，这是一个需要克服的问题。天文学家假设黑洞和虫洞的引力可以用来驱动发动机，但人类必须承担一定的风险。靠近黑洞的物体都会被它吞噬，连光都逃不掉。如果你把飞船开到黑洞里，它可能还没来得及利用它的引力就被引力吸引了。因此，在使用黑洞和虫洞的力量时，需要保持好距离。

人类正在模拟人造太阳，利用核聚变研究来达到永生热的目的，所以以此类推，核聚变反应可以在太空中产生巨大的能量来模拟恒星甚至黑洞和虫洞。

曲速引擎示意图

核聚变不同于我们常见的能源，理论上是无限循环，但现在因为效率的问题，无法充分利用。未来人造太阳成功后，可以投入到人造曲速引擎的能源供应中。

但是这里有一个难点，假设我们用曲速引擎把空间扭曲到100倍光速，我们的宇宙是在不断膨胀的，即使以目前960亿光年的直径，星际旅行也需要几十数百万年，人类没有那么长的寿命来完成这项任务。不过，用它来进行普通的星际旅行还是可以的。曲速引擎想象图

使用曲速引擎以100倍光速飞行，75秒前往火星，到达太阳系边界奥尔特星云只需要72天。如果实现太空迁移计划去最近的恒星系半人马座，需要83天。离地球最近的Gliese667cc被怀疑具备生命所需的一切条件，距离地球23.5光年。照这个速度，两年左右就可以达到。

人类可以开始星际旅行，甚至星际移民，就像人类在大探索时代发现了新大陆一样。只是殖民者等待的是原住民，而等待人类宇宙的殖民者可能是远在我们文明之外的外星人。不确定谁会在那个时候殖民。

曲速引擎可以帮助我们快速穿越时空

空间折叠

如果引擎可以将空间扭曲到折叠状态，那么无论在多少光年之外，它都无法阻碍人类的步伐。

空间折叠真实存在，有望实现。它把空间扭曲到极致，折叠，就好比两点之间的线段是最短的，但是这条线段如果折叠几次，两点之间的距离就会进一步变小。空间折叠的前提是需要巨大的引力才能将其扭曲。此前，天文学家认为只有黑洞、虫洞等物质才能使空间发生折叠，现在用曲速引擎就可以实现。

空间折叠模拟图

有了空间折叠，我们可以瞬间移动，这就像1点15分的宇宙中的A点，因为空间折叠的B点与A点重合，那么物体也可以在1:15到达B点。人类再也不用担心是否需要达到一百倍甚至一千倍的光速才能穿越整个宇宙。他们只需要掌握引擎扭曲空间的速度，人为制造空间折叠即可。这比将速度提高到光速的100倍效率更高。

太空折叠技术也是人类推测外星文明的最高维度。如果人类能够意识到这一点，我们在星际航行中就不用害怕遇到外星人了。

空间折叠想象

结束语

WarpEngine虽然还是科幻影视剧里的技术，但历史告诉我们，人类的一切进步都源于最初的幻想。比如我们要飞，所以后来发明了飞机；我们想去宇宙看星空，所以加加林在50年代后期第一次为全人类看星空；我们想去月球看看是否有人类，于是阿姆斯特朗在月球的土壤上印上了人类的脚印。我们现在可能还没有实现这个技术，但是不代表未来的人类就不能实现。

但与此同时，宇宙是巨大的，我们在其中有太多的未知数。的飞速发展会让我们无限接近宇宙，但宇宙真的如我们想象的那么安全吗？面对宇宙，人类还是太渺小了。

宇宙想象图