《星際迷航：超越星辰》：曲速引擎的傳說與現(xiàn)實(shí)

艾星雨

說起《星際迷航》，那歷史就長了。前不久上映的《星際迷航：超越星辰》已經(jīng)是星際迷航系列電影的第十三部了。此外，它還有725集電視劇，以及數(shù)百部小說、漫畫、游戲和數(shù)不清的周邊產(chǎn)品。

《星際迷航：超越星辰》中，雖然長時(shí)間的宇宙航行讓人疲倦，但接到上級的命令，“進(jìn)取號”還是義無反顧地發(fā)動曲速引擎，向著陌生而危險(xiǎn)的星球飛去。那顆星球雖然在空間上無比遙遠(yuǎn)，距離以若干光年計(jì)算，但對于裝備有曲速引擎的“進(jìn)取號”來說，近得就像乘坐高鐵去附近城市一樣，只需小憩一會兒就到了。甚至它曳出的飛行軌跡，也讓無數(shù)星際迷目眩神迷。但對于非星際迷而言，曲速引擎什么的，實(shí)在有點(diǎn)兒不能理解。本文將帶領(lǐng)大家認(rèn)識一下這個(gè)神奇的“道具”。

人類沒加入宇宙俱樂部只因沒發(fā)明曲速引擎？

1961年4月12日，蘇聯(lián)宇航員尤里·加加林成為了第一個(gè)進(jìn)入太空的地球人。美國人大受刺激，次月肯尼迪總統(tǒng)就宣布進(jìn)行載人登月飛行。這便是大名鼎鼎的“阿波羅計(jì)劃”。當(dāng)時(shí)，金牌制片人吉恩·羅登貝瑞敏銳地意識到，制作一檔表現(xiàn)人類在未知宇宙冒險(xiǎn)的電視劇很有價(jià)值?！缎请H迷航》于1966年9月8日在美國全國廣播公司（NBC）首播。此時(shí)，“阿波羅計(jì)劃”正進(jìn)行得如火如荼，《星際迷航》第一季的播出立刻受到觀眾的熱烈追捧。

在現(xiàn)實(shí)和電視劇里，冒險(xiǎn)家們都需要面對如何戰(zhàn)勝茫茫宇宙間遙不可及的距離這個(gè)問題。在電視劇里，羅登貝瑞和編劇們想到了一個(gè)新詞：曲速引擎。

根據(jù)設(shè)定，所謂曲速引擎，其實(shí)是一種把反物質(zhì)作為燃料的發(fā)動機(jī)，它能在運(yùn)動物體周圍制造一個(gè)人工的曲力場，使物體能在這個(gè)扭曲的時(shí)空氣泡中以幾十倍于光速的速度移動。曲速就是衡量在這個(gè)時(shí)空泡里運(yùn)動的物體的速度。打個(gè)通俗的比方，一輛汽車速度不變，但是由于將道路長度進(jìn)行了大幅壓縮，導(dǎo)致路程相應(yīng)縮短，行駛的時(shí)間也就得到了極度的節(jié)省。

在《星際迷航》中，曲速飛行不但是冒險(xiǎn)家戰(zhàn)勝茫茫宇宙的法寶，還有其他用處。且看《星際迷航》的大事年表：

——2063年4月5日，澤弗里·科克倫博士發(fā)明了地球上第一艘曲速飛船“鳳凰號”。瓦肯星艦偵測到“鳳凰號”的曲速信號，于是降落至地球上，與人類進(jìn)行了“第一次接觸”。

——2110年，在瓦肯人的幫助下，人類成功擺脫了貧困、疾病和饑荒。又過了40年，聯(lián)合地球政府成立，地球第一次全面統(tǒng)一。

——2151年，地球的首艘曲速5級星艦“NX-01企業(yè)號”發(fā)射，開始了人類深空探索的新紀(jì)元。

從1960年的“奧茲瑪計(jì)劃”開始，科學(xué)家就開始監(jiān)聽宇宙，看看有沒有外星人向人類打招呼，可至今沒有確切的消息，這被稱為“大沉默”。外星人是否存在呢？物理學(xué)家費(fèi)米問道，“要是外星人存在，那他們都在哪兒呢？”這話隱藏的意思是：如果生命是普遍存在的話，為什么我們探測不到他們？他們?yōu)槭裁床粊碚椅覀?？這被稱為“費(fèi)米悖論”?！缎请H迷航》給出的答案是：因?yàn)槲覀冞€沒有發(fā)明曲速引擎，還不能進(jìn)行超光速飛行，而用曲速引擎進(jìn)行超光速飛行是加入宇宙俱樂部的前提條件。

一篇驚世論文論證了曲速引擎的可能性

那么，曲速引擎到底能飛多快呢？最初編劇幾乎是在隨意使用，有時(shí)快，有時(shí)慢。后來逐漸固定下來：曲速1級是1倍光速，曲速2級是10倍光速，曲速3級是39倍光速，而曲速9級是1 516倍光速，曲速9.9999級達(dá)到驚人的199 516倍光速——若以這個(gè)速度飛行，橫越銀河系也只需要半年時(shí)間，至于曲速10級則直接標(biāo)注為無窮快。

曲速引擎利用空間扭曲來飛行，并非常規(guī)的加速方法，在超光速的同時(shí)又可以巧妙地避開三維空間中最高速度無法超越光速的難題。問題是，狹義相對論告訴我們，如果我們可以超越光速，就會發(fā)生時(shí)間倒流的事件，從而引起“外祖父悖論”，這個(gè)問題又該如何解決呢？《星際迷航》中并沒有進(jìn)行過多的技術(shù)性說明，只是在其中幾集里，“進(jìn)取號”穿越了時(shí)空，回到了過去。也就是說，曲速引擎有兩套運(yùn)行模式，一套用于空間旅行，一套用于時(shí)間旅行。在愛因斯坦的時(shí)空觀中，時(shí)間與空間是一個(gè)連續(xù)體，那同一個(gè)引擎，既能用于空間旅行，也能用于時(shí)間旅行，是說得過去的。

那么，曲速引擎有實(shí)現(xiàn)的可能嗎？叫人吃驚的是，還真有。

1994年，在《星際迷航》出現(xiàn)近30年時(shí)，墨西哥籍物理學(xué)家阿庫別瑞發(fā)表了一篇驚世駭俗的論文。

在廣義相對論中，時(shí)間和空間是彎曲的。阿庫別瑞正是利用這一點(diǎn)，直接寫下了一個(gè)完整的并且滿足愛因斯坦場方程的彎曲時(shí)空。在這個(gè)彎曲的時(shí)空中，存在一個(gè)“氣泡”，這個(gè)“氣泡”以超過光速的任意大速度運(yùn)動。計(jì)算的結(jié)果告訴我們，時(shí)空在“氣泡”的后面膨脹了，在“氣泡”的前面縮小了，這就是“氣泡”可以以任何速度運(yùn)動的原因。他的發(fā)現(xiàn)后來被物理學(xué)家稱為“阿庫別瑞氣泡”，或“阿庫別瑞速度”。

我們不得不驚嘆：科幻再一次變成了現(xiàn)實(shí)。

這么說來，曲速引擎就能制造出來了嗎？

科學(xué)家為什么還無法造出曲速引擎？

結(jié)果有點(diǎn)讓人失望，計(jì)算表明，要想制造出阿庫別瑞氣泡，我們需要“負(fù)能量”。能量是什么相信大家都知道，那么，什么是負(fù)能量呢？

真空中的量子漲落具有能量（零點(diǎn)能），如果某物質(zhì)的能量低于周圍空間的量子漲落能量，就說這個(gè)物質(zhì)具有負(fù)能量。需要負(fù)能量這件事不是第一次發(fā)生，過去，人們在討論蟲洞和利用蟲洞制造時(shí)光機(jī)器時(shí)也發(fā)現(xiàn)，沒有負(fù)能量根本做不到。目前，除了在極端情況下，我們還沒有觀測到負(fù)能量的存在。所謂極端情況，是利用卡西米爾效應(yīng)得到的一點(diǎn)點(diǎn)負(fù)能量。

最簡單的卡西米爾效應(yīng)出現(xiàn)在兩塊很大的平行金屬板之間，光子場的量子漲落使得平行板之間的能量變成負(fù)的。但這么一點(diǎn)點(diǎn)負(fù)能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠制造阿庫別瑞氣泡。要想制造并穩(wěn)定地運(yùn)行一個(gè)阿庫別瑞氣泡，需要的負(fù)能量的絕對值達(dá)到1064千克，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于已知宇宙的能量，而負(fù)能量的絕對值與氣泡的速度平方成正比。

其他科學(xué)家有自己的看法。比如，一位科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，滿足了量子條件，驅(qū)動一個(gè)原子超光速飛行的負(fù)能量的絕對值可以降低到3個(gè)太陽質(zhì)量。另一位科學(xué)家甚至說，可以將驅(qū)動一個(gè)原子的負(fù)能量的絕對值降低到幾毫克。此外，要產(chǎn)生超過光速10倍的氣泡，氣泡壁的厚度會變得非常小，小到量子引力效應(yīng)不可忽略。這么薄的氣泡壁將包含不可思議的能量。還有人發(fā)現(xiàn)，氣泡內(nèi)的霍金輻射會毀滅整個(gè)氣泡。

超光速時(shí)空氣泡能否制造出來呢？我們也許需要很久才知道答案。

實(shí)際上，《星際迷航》中出現(xiàn)的一部分虛構(gòu)科技已然成為或部分成為現(xiàn)實(shí)，例如液晶觸摸屏、折疊式手機(jī)、無針頭注射器、聲控電腦、生命探測儀等。那么，曲速引擎也是可以期盼的。