《星际迷航》里的曲速引擎正加速走向现实，人类真能瞬移到火星吗？

从科幻概念到理论物理学

鲍布里克等物理学家严正看待曲速引擎是有原因的：它其实并非天方夜谭。物理学家、科普作者萨宾·霍森费尔德(Sabine Hossenfelder)认为，相比虫洞和其他涉及超光速的科幻概念，曲速引擎“最易于同现有物理学相容。”霍森费尔德经常在她备受欢迎的视频频道里分享曲速引擎新研究。

科幻故事里的曲速引擎是一种推进系统，它在飞船周围创造一个时空气泡，然后把它加速到光速以上。表面上看不大可能：毕竟，根据爱因斯坦相对论，我们宇宙中的天体无法加速到超越光速。

但时空本身能以任何速度弯曲变形。

《星际迷航》科学顾问、天体物理学家艾琳·麦克唐纳(Erin MacDonald)说，我们可以把时空看作一片嵌着从星辰到飞船等各种天体的织物。“假如你将飞船裹进时空的布料，而这块布料载着你，同时比光运动得更快，这样实际上不会打破任何物理法则。”麦克唐纳说。

在《星际迷航》登上银幕以前，科幻文学就已出现了这一概念。因此，在作家、《星际迷航》历史学家瑞安·布里特(Ryan Britt)看来，不奇怪剧集创作者吉恩·罗登贝瑞(Gene Roddenberry)会选择曲速引擎而非其他更具奇幻色彩的超光速旅行概念。布里特说：“(罗登贝瑞)沉迷核查事实，倾尽所能。这在此前的科幻电视剧集制作中闻所未闻。”

然而不管曲速引擎的一般概念说起来多么合理，它仍被视为彻头彻尾的幻想产物。麦克唐纳解释说，症结在于，通过这种方式扭曲时空将要耗费难以想象的能量。

在1994年一篇影响重大的曲速引擎论文中，物理学家米给尔·阿库别瑞(Miguel Alcubierre)设计了一个数学模型，在该模型中，飞船前方的时空被压缩，后方则膨胀。这篇论文被奉为首次从科学层面上针对曲速引擎概念可行性的严肃考察。虽然所谓的阿库别瑞引擎可以让一小团时空以任意速度移动，但他发现，制造时空气泡耗能巨大，哪怕直径只有几米，所需的能量也堪比太阳。

此外，根据阿库别瑞的计算，要使引擎符合爱因斯坦相对论，还需要一种奇特形式的“负能量”。不幸的是，负能量似乎只是一种纯粹的数学概念，“并不存乎于”我们的宇宙，霍森费尔德说。

曲速引擎，从理论到实体

阿库别瑞论文发表后的数年里，包括NASA科学家在内的其他研究人员继续打磨他的模型。多篇后续论文尝试降低负能量要求。

在大学研习广义相对论时，鲍布里克第一次了解到曲速引擎，甚觉有趣。“它久久蛰伏在我头脑深处。”他说。

当鲍布里克结识应用物理研究所联合创始人詹尼·马蒂埃(Gianni Martire)，了解到后者对这一话题同样抱有兴趣，二人一拍即合，决定深入研究曲速引擎。

他们并未选择在阿库别瑞引擎的基础上修补，而是从零做起，看能否构建出更实际的新模型。他们由简单处入手，将分析局限在常速运动的曲速引擎上。

2021年，鲍布里克和马蒂埃在《经典引力与量子引力》期刊(Classical and Quantum Gravity)发表了题为《关于现实曲速引擎的介绍》(Introducing Physical Warp Drives)的论文。文中描述了一种曲速泡的一般几何特征，这个气泡包含乘客区域，时空扁平，曲线外壁环绕周围，形成引力场。这与阿库别瑞的曲速泡截然不同，后者与外围天体之间没有引力作用——鲍布里克指出，这正是后者不够现实的部分原因。

鲍布里克和马蒂埃的模型不需求负能量，不过要驱动一个时空气泡移动数米，仍要消耗好几个木星量级天体的能量，“实在高得出奇。”鲍布里克说。

二人的曲速泡模型还有一个更大的问题：它只能以慢于光的速度移动。《星际迷航》的爱好者可能会有点沮丧，但物理学家说，它仍不失为曲速引擎技术从科幻迈向现实的重要一步。

“现在，我们有了研究曲速引擎的更棒的数学基础，”论文初次面世时，霍森费尔德在一则视频中说，“我们知晓了弯曲时空的面貌。”

加入！推动曲速引擎成真

如今，科学家有了更现实的曲速泡模型，找到变速方法就成了问题的关键。归根结底，在人们假想的未来，利用曲速引擎实现太空旅行，加速、减速、停靠站点接驳乘客都离不开曲速泡。“描述这一整个过程至关重要。”鲍布里克说。

降低曲速引擎能耗还需更多理论层面的研究。哪怕有冷聚变等设想中的未来能源在手，恐怕也很难制造相当于好几个行星的能量。鲍布里克说，尽管要证实该技术理论上可行，仍需大量工作，但曲速引擎领域近年来已经看到了“相当数量的新鲜思路”。实际上，他于2021年发表的那篇论文就被加拿大、阿根廷、欧洲和新西兰的研究者引用了60次以上。(它也招致了一些批评，这至少表明，在曲速引擎的严肃探讨上，鲍布里克并非孤军奋战。)

即便也许还要经过好几代人，人类才能借助曲速引擎巡游星海，但不难想象，我们很快就能一睹搭载曲速能力的飞船。2024年，一组物理学家发表论文描述了曲速泡坍塌——也即《星际迷航》粉丝熟知的术语“曲速核心崩溃”——如何在时空结构中产生涟漪(也即引力波)。

在地球上，将探测器调到合适频率可以捕捉这些涟漪的信号。麦克唐纳认为，从诸如此类的星际灾难中，我们或许会收获其他能够使用曲速的物种的浮光掠影，这一点想来“着实叫人惊叹。”

“因此，科学界合乎逻辑的下一个步骤是研究如何玩转这一技术。”麦克唐纳说。