科学幻想：如果你驾驶你的曲速飞船进入黑洞会怎么样？

尽管曲速引擎在科幻小说中无处不在，但它在很久以前就不存在了。作家约翰·坎贝尔在一部名为《太空之岛》的科幻小说中首次提出了这个想法。如今，多亏了《星际迷航》，这个词变得非常熟悉。这几乎是超空间超阈旅行的通称。曲速引擎是否会存在是一个物理学问题，研究人员仍在努力解决，但目前还停留在理论阶段。

最近，两位研究人员研究了如果一艘装有曲速引擎的飞船试图进入黑洞会发生什么。结果是一个有趣的思想实验。这可能不会导致星际飞船大小的曲速引擎，但有一天可能会让科学家创造出更小的版本。

雷莫·加拉蒂尼（Remo Garattini）和基里尔·扎特里梅洛夫（Kirill Zatrimaylov）从理论上认为，这种动力可以在所谓的史瓦西黑洞中存在。前提是飞船以低于光速的速度穿越视界。理论上讲，黑洞的引力场会减少驱动所需的负能量。如果是这样，飞船就可以通过它，以某种方式利用它到达其他地方而不会被压碎。此外，这个想法背后的数学指出了可能在实验室环境中创建微型曲速驱动器的方法。

什么是曲速引擎？

科学家能在实验室里制造微型或迷你曲速引擎吗？好问题。为了理解这个团队的工作，让我们来看看这项研究的主要参与者：曲速引擎和黑洞。

这个想法的灵感来自于没有什么能比光速更快的事实。考虑到太空中的距离，飞到最近的恒星需要数年时间（如果我们能以光速飞行的话）。穿越一个星系或更遥远的星系需要花费数年甚至数辈子。所以，如果你想成为一个太空物种，你必须以超光速飞行。

你会怎么做呢？这就是曲速引擎发挥作用的地方。从理论上讲，它们可以让你把飞船放进一个泡泡里，以超光速在太空中滑行。这就是《星际迷航》（以及其他科幻小说）中的星际飞船如此迅速地穿越遥远距离的原因。《星际迷航》飞船使用“曲速核心”中的能源为曲速场发电机提供动力。他们在子空间制造了曲速气泡。飞船用它去船员需要去的地方。

物理学家喜欢曲速引擎吗？

这样的曲速引擎是一个诱人的想法，但有许多警告。例如，产生曲速场需要大量的能量。一些物理学家认为，这将需要比我们能够产生的更多的能量。创造这种能量需要大量的外来物质，比如“Unobtanium（超导矿石）”。这就是问题所在。

另一些人则说，创造这样一个驱动器违背了我们目前对时空物理学的理解。然而，这并没有阻止任何人猜测实现这一目标的方法。例如，墨西哥物理学家Miguel Alcubierre在1994年就有了这样一个驱动器的想法。他认为，它可以产生一个气泡，从而改变物体周围的空间。他一直在继续研究一艘能以超光速到达某地的船。然而，他和其他人仍然指出了制造和维持曲速引擎的各种问题。其中包括这样一种观点，即这种驱动力有效地将自己与宇宙的其他部分隔离开来。除此之外，这意味着飞船无法控制驱动它前进的动力。所以，仍然有一些bug需要解决。

关于黑洞

我们最熟悉的黑洞是恒星质量和超大质量黑洞。它们也有吸积盘，将物质输送到黑洞中。例如，我们银河系中心的超大质量黑洞人马座A*会周期性地吞噬物质。然后，它释放出一股辐射。另外，更活跃的星系会随着中心超大质量黑洞的不断补充而发出物质喷流。

黑洞是质量的集中，其引力如此之强，以至于任何东西，甚至光，都无法逃脱。在他们关于黑洞和曲速驱动的研究中，作者使用了史瓦西黑洞。这些所谓的简单“静态”黑洞弯曲时空，没有电荷，也不旋转。从本质上讲，它们是对空间中缓慢旋转物体的特征进行数学探索的良好近似。

当一艘装有曲速引擎的飞船穿越黑洞

史瓦西黑洞是一个“完美的”黑洞，可以用来对穿越视界的曲速引擎进行理论探索。为了弄清楚这个场景，加拉蒂尼和扎特里梅洛夫决定用数学方法，将描述黑洞的方程和描述曲速引擎的方程结合起来。除此之外，他们发现有可能将曲速引擎“嵌入”黑洞的外部区域。曲速泡本身比黑洞小得多，需要向黑洞移动。黑洞的引力影响着创造和维持曲速引擎所需的能量条件。这意味着理论上你可以减少维持曲速气泡所需的负能量。此外，研究人员认为，如果翘曲气泡的运动速度低于光速，它就会有效地抹去黑洞的视界。

研究小组还描述了这样一种想法，即这种情况可能会引起虚粒子在电场中转化为实粒子。如果是这样，它可能会导致在实验室中创建迷你曲速驱动器。

改变一下黑洞

有趣的是，研究小组还提出，如果翘曲气泡移动缓慢，而且比黑洞视界小得多，它可能会增加黑洞的熵。然而，正如他们在结案陈词中所说的那样，“在其他物理情况下存在潜在的问题:即，当曲速引擎完全被黑洞吸收时，它可能会减少它的质量，因此，它的熵。”

同样，当有更大的翘曲气泡穿过黑洞时，它会产生“屏蔽”效应，实际上消除了视界，使得无法定义霍金意义上的黑洞熵。如果曲速驱动在自然界中是可能的，这些问题表明我们仍然不能从热力学的角度来理解它们。”

曲速引擎技术还有待观察

因此，尽管这项研究在理论上可能是有价值的，并且可能导致实验室生产迷你黑洞，但仍有许多问题有待解决。也许在未来，当我们理解了这两个物体背后的量子力学，我们可能会发现曲速技术是一个灌篮。如果是这样，那么当飞船穿越黑洞时，我们可能会面临一个奇怪的时期。例如，来自黑洞内部的信号可以由奇点合并的曲速泡传输。这将使我们能够发送视界内部的图像或记录 —— 这是今天还没有人知道的。还有一种可能性是，这些可怕的黑洞可以使曲速引擎的实现变得不那么困难，因为它们不需要那么多外来的“负能量”源材料。

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